基于DSP&FPGA的三电平太阳能逆变器的设计与实现

摘要

随着社会、经济的发展，人类对能源的需求越来越多，而传统古生物化石类燃料的储量有限、面临枯竭，同时大量使用化石燃料也造成严重资源浪费和环境污染。因此，寻找新的替代能源是维持社会、经济发展的一个迫切任务。太阳能以其清洁环保、取之不竭在全球范围受到了追捧，被认为是二十一世纪最重要的新能源之首，被广泛研究和利用。
　　 本文研究了基于三电平的太阳能逆变器的控制算法，采用DSP&FPGA为核心的控制电路的设计，并最终在硬件实验平台上实现了三电平SVPWM控制算法的实时运算和三电平逆变输出。论文的主要研究内容和创新点如下：
　　 首先，分析了二极管钳位式三电平逆变器的拓扑结构及工作方式；对比分析了三电平逆变器的各类PWM控制策略的优缺点，采用了一种简化的SVPWM算法控制逆变器输出；阐述了逆变器分压电容中性点漂移的原因，研究探讨了控制中性点平衡的控制方法等。
　　 其次，建立了并网三电平逆变系统的传递函数模型，设计了相应的并网控制方案，并进行了仿真分析和研究。
　　 然后，研究了各个阶段学者提出的各种最大功率点跟踪理论，分析和对比了各种理论的优缺点，并根据本逆变并网系统的特点，采用改进型扰动观察法实现最大功率点的跟踪，进行了仿真验证。
　　 最后，采用基于DSP(TMS320F2812)与FPGA(EP3C10E14417N)为核心的控制系统设计与构建。由DSP完成逆变器SVPWM控制、分压电容中性点平衡控制和启停、保护控制等控制功能的实时、高精度运算；FPGA完成逻辑控制输出以及各类故障信号检测与停机保护等。最终在硬件实验平台上进行了三电平逆变输出实验验证。