基于FPGA的光伏并網(wǎng)逆變器的SVPWM控制方法研究與設(shè)計(jì)

【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)非可再生能源日益枯竭及其對(duì)環(huán)境造成的危害日益加深,人們對(duì)綠色新能源的開(kāi)發(fā)越來(lái)越重視。太陽(yáng)能作為清潔、無(wú)污染的可再生能源應(yīng)用越來(lái)越廣泛,而光伏并網(wǎng)發(fā)電作為太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)和利用的重要形式之一,也取得了快速發(fā)展。本文通過(guò)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析,主要開(kāi)展了以SVPWM調(diào)制方法為基礎(chǔ)的三相光伏并網(wǎng)逆變器的研究。首先完成了SVPWM算法的軟核設(shè)計(jì)。其次,在傳統(tǒng)PI控制的基礎(chǔ)上,提出了重復(fù)控制與PI控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略,使并網(wǎng)逆變器輸出的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相、而且諧波分量少。本文的主要工作主要包括以下幾方面： 首先,本論文分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),介紹了隔離型光伏并網(wǎng)逆變器和非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器,同時(shí)分析了三相光伏并網(wǎng)逆變器的幾種常見(jiàn)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并詳細(xì)研究了三相全橋式逆變電路的工作原理、空間矢量的合成方法。 其次,分析了單極性SPWM控制技術(shù)和雙極性SPWM控制技術(shù),介紹了SVPWM調(diào)制技術(shù)的原理,并推導(dǎo)了SVPWM調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的工程算法。通過(guò)對(duì)SPWM調(diào)制和SVPWM調(diào)制兩種調(diào)制方法的對(duì)比分析,選擇了SVPWM調(diào)制作為三相光伏并網(wǎng)逆變器的調(diào)制方法。 第三,為了保證光伏并網(wǎng)逆變器高效、穩(wěn)定的工作,將三相光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電流通過(guò)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)下,然后采用前饋解耦的PI控制策略對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),并使用SIMUlink軟件對(duì)PI控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真,結(jié)果表明：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器輸出電流的無(wú)靜差控制。同時(shí)提出了重復(fù)控制與PI控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略,有效地降低了死區(qū)等周期性干擾性信號(hào)的影響,提高了逆變器輸出電流的波形質(zhì)量。 最后,根據(jù)SVPWM調(diào)制技術(shù)的原理,采用EP2C8Q208C8N的FPGA芯片實(shí)現(xiàn)了空間矢量算法SVPWM的軟核設(shè)計(jì)。SVPWM的軟核系統(tǒng)主要包括DDS正弦信號(hào)發(fā)生器模塊、扇區(qū)判別模塊、三角波比較器模塊、PWM生成模塊、死區(qū)延時(shí)模塊。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的各子模塊和整個(gè)系統(tǒng)的仿真分析,驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。 【關(guān)鍵詞】：三相光伏并網(wǎng)逆變器 SVPWM PI控制 重復(fù)控制 FPGA
【學(xué)位授予單位】：廣西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM464;TM615
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題研究的目的和意義8-9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀10
• 1.3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)概述10-12
• 1.3.1 獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)10-11
• 1.3.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)11-12
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容12-14
• 第2章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)14-24
• 2.1 光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)類型的分析14-15
• 2.1.1 隔離型光伏并網(wǎng)逆變器14
• 2.1.2 非隔離型光伏并網(wǎng)逆變器14-15
• 2.2 光伏并網(wǎng)逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15-23
• 2.2.1 三相并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)16-18
• 2.2.2 三相全橋式逆變電路的工作原理18-22
• 2.2.3 空間電壓矢量的合成方法22-23
• 2.3 本章小結(jié)23-24
• 第3章 逆變器的調(diào)制方式24-36
• 3.1 PWM控制技術(shù)24
• 3.2 SPWM控制技術(shù)24-28
• 3.2.1 單極性SPWM控制技術(shù)25
• 3.2.2 雙極性SPWM控制技術(shù)25-26
• 3.2.3 SPWM調(diào)制的逆變器波形仿真26-28
• 3.3 SVPWM算法的工程實(shí)現(xiàn)28-35
• 3.3.1 Clarke變換28-29
• 3.3.2 扇區(qū)判別29-30
• 3.3.3 矢量作用時(shí)間30-31
• 3.3.4 逆變器各橋臂切點(diǎn)時(shí)間31
• 3.3.5 PWM波產(chǎn)生模塊31-32
• 3.3.6 SVPWM算法仿真與分析32-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第4章 三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略的研究36-52
• 4.1 光伏并網(wǎng)的控制目標(biāo)36
• 4.2 三相光伏并網(wǎng)逆變器的PI控制策略36-44
• 4.2.1 同步坐標(biāo)下的三相光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型37-38
• 4.2.2 前饋解耦控制策略38-40
• 4.2.3 PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)40-41
• 4.2.4 PI控制系統(tǒng)的SIMUlink仿真和分析41-44
• 4.3 重復(fù)控制和PI控制結(jié)合的復(fù)合控制策略44-50
• 4.3.1 重復(fù)控制的原理44-46
• 4.3.2 重復(fù)控制的設(shè)計(jì)46-48
• 4.3.3 考慮死區(qū)時(shí)PI控制系統(tǒng)的仿真48-49
• 4.3.4 重復(fù)與PI控制的復(fù)合控制仿真和分析49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 第5章 SVPWM算法的FPGA實(shí)現(xiàn)52-61
• 5.1 FPAG的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)52-54
• 5.1.1 FPGA的芯片結(jié)構(gòu)52-53
• 5.1.2 FPGA的設(shè)計(jì)流程53-54
• 5.1.3 Quartus Ⅱ9.0平臺(tái)簡(jiǎn)介54
• 5.2 SVPWM軟核系統(tǒng)的設(shè)計(jì)54-60
• 5.2.1 DDS正弦信號(hào)發(fā)生器模塊設(shè)計(jì)55-57
• 5.2.2 扇區(qū)判別模塊設(shè)計(jì)57-58
• 5.2.3 三角波比較器模塊設(shè)計(jì)58
• 5.2.4 PWM波生成58-59
• 5.2.5 死區(qū)延時(shí)模塊設(shè)計(jì)59-60
• 5.2.6 SVPWM軟核系統(tǒng)的仿真結(jié)果60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 第6章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 總結(jié)61
• 6.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 攻讀學(xué)位期間參與的課題研究及取得的研究成果66-67
• 致謝67-68

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