基于DSP与CPLD的三电平光伏并网逆变器设计

【摘要】：近年来,国家经济迅速发展,但是非再生能源的消耗也随之大量增加,因此能否保证国家经济持续高速发展的关键落在了解决能源短缺的问题上,为此在中共十七大上,国家领导人明确提出进一步发展新能源代替传统能源。太阳能发电技术在我国现阶段还不成熟主要集中在高压大功率产品的缺失。 本文所研究的课题是三电平光伏并网逆变器,它也正是解决大容量并网产品的一种,三电平逆变器以其独特的拓扑结构提高了输入电压和耐压等级,减少谐波提高了能源的利用率。本文以在公司实习所研发的样机为基础,以先部分后整体的分析方法,从理论,软件,硬件等方面进行分析之后进行整体样机的实验并对各部分进行验证。 1.理论方面,本文首先分析了传统的光伏并网逆变器的优缺点,并针对三电平并网逆变器的拓扑结构进行了研究,提出了改进的中点电压控制策略以及其SVPWM控制策略。本文通过对光伏电压板的运行原理的研究找到了适用于三电平并网逆变器的MPPT控制策略。本文还提出了一种针对三电平逆变器并网锁相控制的新型控制策略。 2.硬件方面,本文首先确定了样机采用数字化控制,在控制芯片的选择上本文确定了采用DSP与CPLD的联合控制,之后对主电路参数,采样,驱动,滤波等电路的参数和设计进行了详细的介绍。 3.软件方面,论文首先对DSP芯片以及CPLD芯片中的程序做了最佳分配,以最大限度的发挥两者的优势。DSP中的程序主要包括SVPWM主程序,采样程序,数字滤波子程序,锁相调节子程序和PI子程序等。通过DSP的运算生成控制信号并行输入到CPLD中,在CPLD中完成控制信号的译码和错误判断保护,生成死区等工作最后将12路PWM波信号输出。 4.本文在MATLAB/SIMUlink仿真平台上搭建了仿真模型,并通过模型仿真验证了控制理论的可行性和稳定性。在仿真结束后本文制作了10KW样机进行了实物验证。在样机制作中本文充分考虑到了三电平逆变器控制的复杂性,提出了以DSP和CPLD为主的联合控制方案。 5.最后通过对仿真结果和样机试验结果进行详细的采集和分析,验证了本文设计的三电平光伏并网逆变器的可行性和稳定性,为下一步进行工业产品生产做好了准备。 【关键词】：并网逆变器 三电平逆变器 SVPWM控制 DSP与CPLD
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 缩略词注释表14-15
• 第—章 绪论15-19
• 1.1 课题的研究背景及意义15-16
• 1.2 三电平逆变器的研究现状及发展概况16-17
• 1.3 课题的提出及主要研究内容17-19
• 第二章 三电平光伏并网逆变器理论研究19-39
• 2.1 系统总体设计19-20
• 2.2 光伏电池运行原理及MPPT算法介绍20-26
• 2.2.1 光伏电池运行原理20-21
• 2.2.2 光伏电池特性分析21-24
• 2.2.3 最大功率跟踪控制策略研究24-26
• 2.3 三电平逆变器的SVPWM理论研究26-35
• 2.3.1 二极管钳位三电平逆变器基本工作原理26-27
• 2.3.2 三电平逆变器SVPWM算法27-35
• 2.4 中点电位控制策略研究35-37
• 2.4.1 中点电位漂移产生的原因及危害35-36
• 2.4.2 中点电位平衡策略研究36-37
• 2.5 光伏系统并网锁相控制策略研究37-38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 二极管钳位三电平光伏并网逆变器硬件设计39-49
• 3.1 系统总体介绍39
• 3.2 主电路设计及其参数选择39-40
• 3.2.1 直流母线电容选择39
• 3.2.2 主电路参数选择39-40
• 3.3 控制电路设计40-42
• 3.4 PWM驱动调理电路42-44
• 3.4.1 PWM调理电路设计42-43
• 3.4.2 PWM驱动电路设计43-44
• 3.5 检测电路设计44-46
• 3.5.1 交流量检测电路44-45
• 3.5.2 过零点捕捉电路45-46
• 3.5.3 直流量检测电路46
• 3.6 变压器选择及LC滤波器设计46-47
• 3.8 本章小结47-49
• 第四章 系统软件设计49-59
• 4.1 系统总体分析及介绍49-50
• 4.2 DSP中程序设计50-56
• 4.2.1 三电平SVPWM主程序设计50-51
• 4.2.2 AD采样及滤波子程序设计51-52
• 4.2.3 MPPT子程序设计52-54
• 4.2.4 光伏系统并网锁相子程序设计54-55
• 4.2.5 PI调节子程序设计55-56
• 4.3 CPLD中程序设计56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 系统仿真及样机实验结果分析59-75
• 5.1 仿真系统总体设计59
• 5.2 MATLAB系统仿真及结果分析59-68
• 5.2.1 光伏电池板及MPPT算法仿真及结果分析59-63
• 5.2.2 SVPWM主程序仿真及结果分析63-66
• 5.2.3 逆变器并网仿真及结果分析66-68
• 5.3 样机实验平台介绍68-70
• 5.4 实验运行结果及分析70-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 论文总结75-76
• 6.2 论文展望76-77
• 附录1 系统初始化程序及部分主程序77-85
• 附录2 DSP与CPLD控制电路板原理图85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 攻读学位期间发表的论文91-92
• 学位论文评阅及答辩情况表92

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