基于DSP與CPLD的三電平光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)

【摘要】：近年來(lái),國(guó)家經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,但是非再生能源的消耗也隨之大量增加,因此能否保證國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展的關(guān)鍵落在了解決能源短缺的問(wèn)題上,為此在中共十七大上,國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人明確提出進(jìn)一步發(fā)展新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)在我國(guó)現(xiàn)階段還不成熟主要集中在高壓大功率產(chǎn)品的缺失。 本文所研究的課題是三電平光伏并網(wǎng)逆變器,它也正是解決大容量并網(wǎng)產(chǎn)品的一種,三電平逆變器以其獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高了輸入電壓和耐壓等級(jí),減少諧波提高了能源的利用率。本文以在公司實(shí)習(xí)所研發(fā)的樣機(jī)為基礎(chǔ),以先部分后整體的分析方法,從理論,軟件,硬件等方面進(jìn)行分析之后進(jìn)行整體樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)并對(duì)各部分進(jìn)行驗(yàn)證。 1.理論方面,本文首先分析了傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)逆變器的優(yōu)缺點(diǎn),并針對(duì)三電平并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,提出了改進(jìn)的中點(diǎn)電壓控制策略以及其SVPWM控制策略。本文通過(guò)對(duì)光伏電壓板的運(yùn)行原理的研究找到了適用于三電平并網(wǎng)逆變器的MPPT控制策略。本文還提出了一種針對(duì)三電平逆變器并網(wǎng)鎖相控制的新型控制策略。 2.硬件方面,本文首先確定了樣機(jī)采用數(shù)字化控制,在控制芯片的選擇上本文確定了采用DSP與CPLD的聯(lián)合控制,之后對(duì)主電路參數(shù),采樣,驅(qū)動(dòng),濾波等電路的參數(shù)和設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 3.軟件方面,論文首先對(duì)DSP芯片以及CPLD芯片中的程序做了最佳分配,以最大限度的發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)。DSP中的程序主要包括SVPWM主程序,采樣程序,數(shù)字濾波子程序,鎖相調(diào)節(jié)子程序和PI子程序等。通過(guò)DSP的運(yùn)算生成控制信號(hào)并行輸入到CPLD中,在CPLD中完成控制信號(hào)的譯碼和錯(cuò)誤判斷保護(hù),生成死區(qū)等工作最后將12路PWM波信號(hào)輸出。 4.本文在MATLAB/SIMUlink仿真平臺(tái)上搭建了仿真模型,并通過(guò)模型仿真驗(yàn)證了控制理論的可行性和穩(wěn)定性。在仿真結(jié)束后本文制作了10KW樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)物驗(yàn)證。在樣機(jī)制作中本文充分考慮到了三電平逆變器控制的復(fù)雜性,提出了以DSP和CPLD為主的聯(lián)合控制方案。 5.最后通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果和樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的采集和分析,驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的三電平光伏并網(wǎng)逆變器的可行性和穩(wěn)定性,為下一步進(jìn)行工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)做好了準(zhǔn)備。 【關(guān)鍵詞】：并網(wǎng)逆變器 三電平逆變器 SVPWM控制 DSP與CPLD
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM464
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 縮略詞注釋表14-15
• 第—章 緒論15-19
• 1.1 課題的研究背景及意義15-16
• 1.2 三電平逆變器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展概況16-17
• 1.3 課題的提出及主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第二章 三電平光伏并網(wǎng)逆變器理論研究19-39
• 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)19-20
• 2.2 光伏電池運(yùn)行原理及MPPT算法介紹20-26
• 2.2.1 光伏電池運(yùn)行原理20-21
• 2.2.2 光伏電池特性分析21-24
• 2.2.3 最大功率跟蹤控制策略研究24-26
• 2.3 三電平逆變器的SVPWM理論研究26-35
• 2.3.1 二極管鉗位三電平逆變器基本工作原理26-27
• 2.3.2 三電平逆變器SVPWM算法27-35
• 2.4 中點(diǎn)電位控制策略研究35-37
• 2.4.1 中點(diǎn)電位漂移產(chǎn)生的原因及危害35-36
• 2.4.2 中點(diǎn)電位平衡策略研究36-37
• 2.5 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)鎖相控制策略研究37-38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 二極管鉗位三電平光伏并網(wǎng)逆變器硬件設(shè)計(jì)39-49
• 3.1 系統(tǒng)總體介紹39
• 3.2 主電路設(shè)計(jì)及其參數(shù)選擇39-40
• 3.2.1 直流母線電容選擇39
• 3.2.2 主電路參數(shù)選擇39-40
• 3.3 控制電路設(shè)計(jì)40-42
• 3.4 PWM驅(qū)動(dòng)調(diào)理電路42-44
• 3.4.1 PWM調(diào)理電路設(shè)計(jì)42-43
• 3.4.2 PWM驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)43-44
• 3.5 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)44-46
• 3.5.1 交流量檢測(cè)電路44-45
• 3.5.2 過(guò)零點(diǎn)捕捉電路45-46
• 3.5.3 直流量檢測(cè)電路46
• 3.6 變壓器選擇及LC濾波器設(shè)計(jì)46-47
• 3.8 本章小結(jié)47-49
• 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)49-59
• 4.1 系統(tǒng)總體分析及介紹49-50
• 4.2 DSP中程序設(shè)計(jì)50-56
• 4.2.1 三電平SVPWM主程序設(shè)計(jì)50-51
• 4.2.2 AD采樣及濾波子程序設(shè)計(jì)51-52
• 4.2.3 MPPT子程序設(shè)計(jì)52-54
• 4.2.4 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)鎖相子程序設(shè)計(jì)54-55
• 4.2.5 PI調(diào)節(jié)子程序設(shè)計(jì)55-56
• 4.3 CPLD中程序設(shè)計(jì)56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 系統(tǒng)仿真及樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析59-75
• 5.1 仿真系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)59
• 5.2 MATLAB系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析59-68
• 5.2.1 光伏電池板及MPPT算法仿真及結(jié)果分析59-63
• 5.2.2 SVPWM主程序仿真及結(jié)果分析63-66
• 5.2.3 逆變器并網(wǎng)仿真及結(jié)果分析66-68
• 5.3 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹68-70
• 5.4 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果及分析70-75
• 第六章 總結(jié)與展望75-77
• 6.1 論文總結(jié)75-76
• 6.2 論文展望76-77
• 附錄1 系統(tǒng)初始化程序及部分主程序77-85
• 附錄2 DSP與CPLD控制電路板原理圖85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-91
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文91-92
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表92

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