基于DSP+FPGA的多电平动态电压恢复器的设计与研究

摘要

现代社会的进步，导致工业的快速发展，电网中出现了大量的对电能质量很敏感的电力设备和用电负荷，而导致电网电能质量问题的供电瞬时电压跌落，对电网的影响越来越突出。目前国内外，普遍认为能够很好解决这一问题的有效补偿装置为动态电压恢复器（DVR），很多研究机构和学者也致力于此。DVR能够在毫秒时间内完成对电压跌落的检测与补偿。生成补偿电压，并注入到电网中，能够保证对电压敏感的负荷的稳定运行。
　　本文阐述了DVR的拓扑结构，工作原理和数学模型，着重介绍了级联H桥型的多电平逆变结构及其调制方式。详细分析了逆变输出的波形形成原理，确定了基于三角载波移相的SPWM调制方法，并对其载波与调制波的形成与控制技术进行了较详细的介绍。搭建了基于三角载波移相的级联25电平SPWM调制方法的仿真模型。
　　DVR能否很好的检测到电压的瞬时跌落显得尤为重要，文中介绍了基于瞬时无功功率理论的三相电压跌落检测法，也同时分析它的缺点与不足，随后确定了单相abc-dq求导电压跌落检测法。并且本章搭建了此种检测算方法的仿真模型，对其可行性进行了仿真验证。接着介绍了DVR的传统的补偿策略，结合设计系统的经济型与工程实际补偿的实用性，本文选择了最小能量补偿策略。提出了带前馈PD控制的电压单闭环控制策略，并验证了其快速性和稳定性。
　　从硬、软件两个当面介绍了基于DSP+FPGA的级联25电平的DVR的系统设计。较详细介绍了系统的核心控制芯片DSP和FPGA的内核构成，给出了主电路的硬件和控制电路设计。确定系统的软件设计，主要给出了DSP和FPGA的核心控制程序流程图，以及DSP和FPGA的接口程序设计。最后给出了控制器的整体结构连接图。
　　最后，本文搭建了级联25电平DVR系统的整体仿真图，并在Matlab/Simulink环境下对系统解决电压瞬时跌落问题进行了仿真与验证。并针对电压跌落不深及电压跌落较深的两种情况，进行了仿真分析比较。仿真结果较好的证明了本文的级联25电平DVR系统可以有效地解决供电电压瞬时跌落的电能质量问题，能够保证对电压跌落敏感的用电负荷的安全、可靠、稳定运行。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 电能质量问题

1.3 电力系统中的电压凹陷

1.4 动态电压恢复器（DVR）的国内外研究现状

1.5 本文的主要工作

第2章 DVR的拓扑结构与级联多电平逆变控制技术

2.1 DVR的拓扑结构及数学模型和工作原理

2.2 级联H桥型多电平逆变控制技术

2.3 本章小结

第3章 DVR电压跌落检测方法及系统的控制与补偿策略

3.1 DVR电压跌落检测方法

3.2 DVR补偿控制策略

3.3 级联25电平DVR控制策略

3.4 本章小结

第4章 基于DSP+FPGA的级联25电平的DVR的硬件与软件设计

4.1 级联25电平DVR的硬件设计

4.2 级联25电平DVR控制系统的软件设计

4.3 控制器的总体结构设计

4.4 本章小结

第5章 级联25电平DVR系统仿真及结果分析

5.1 搭建级联25电平DVR系统的仿真模块

5.2 仿真的结果与分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

致谢