基于DSP+FPGA的三电平光伏并网逆变器控制研究

摘要

在科技社会迅猛发展的今天，人类对太阳能的利用已是时代所需，特别是对太阳能发电的利用一直都被许多国家所重视，其关键技术也是发达国家竞争的热点之一。太阳能光伏发电是利用光伏电池组件的光生伏特效应来产生电能，其作为一种高效、无污染的新能源技术，发展迅速。
　　本文针对一种基于DSP+FPGA双CPU架构的三电平光伏并网逆变器的控制进行研究与设计，利用具有32位浮点运算的TMS320F28335芯片和CycloneⅡ系列的EP2C8Q208C8 FPGA芯片来实现对光伏并网逆变器的双CPU架构控制，其中DSP28335芯片是完成复杂控制算法的的系统核心部分，FPGA芯片则是协助核心部分完成各种扩展接口的设计并处理逻辑系统的所有逻辑设计，该双CPU架构的控制器具有高运算性能和高稳定性能等优点。
　　本文研究的对NPC型三电平光伏并网逆变器的控制，采用两级变换电路，前级通过Boost电路实现对光伏电池输出电压的泵升和MPPT控制，后级通过NPC三电平光伏逆变器实现DC/AC变换以实现并网功能。通过Matlab软件平台搭建三电平光伏逆变器系统仿真模型，验证了系统控制算法的准确性。系统设计通过搭建DSP+FPGA实验样机进行并网实验，得出实验波形，验证了系统的可行性和可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 太阳能光伏发电系统的发展历程与研究现状

1．3 太阳能光伏发电系统的发展趋势与前景

1．4 本文研究的主要内容及其目的和意义

1．5 本章小结

第二章 光伏并网发电系统的理论分析

2．1 光伏并网发电系统的体系结构及组成

2．2 光伏并网发电系统的分类

2．3 光伏发电系统的原理

2．4 本章小结

第三章 光伏电池的特性研究

3．1 光伏电池的物理基础

3．1．1 半导体基础知识

3．1．2 pn结的形成

3．1．3 光生伏特效应

3．2 光伏电池的数学模型

3．3 光伏电池的结构与分类

3．4 本章小结

第四章 光伏电池MPPT技术研究

4．1 MPPT技术的原理及功能

4．2 MPPT技术的控制策略及方法

4．3 DC／DC变换器

4．3．1 Boost变换电路

4．3．2 Buck变换电路

4．4 MPPT功能模型的Matlab仿真分析

4．4．1 光伏电池模型的仿真

4．4．2 MPPT算法模型的仿真

4．4．3 PWM发生器模型的仿真

4．4．4 MPPT功能实现模型的仿真

4．5 本章小结

第五章 光伏并网逆变器系统的控制

5．1 光伏并网逆变器的拓扑结构

5．1．1 有隔离型光伏并网逆变器拓扑

5．1．2 无隔离型光伏并网逆变器拓扑

5．1．3 NPC三电平并网逆变器拓扑

5．2 三电平光伏并网逆变器的控制策略

5．2．1 并网逆变器的数学模型

5．2．2 基于电网电压定向的矢量控制(VOC)

5．3 三电平逆变器的SVPWM控制

5．3．1 三电平SVPWM原理分析

5．3．2 60°坐标系算法

5．3．3 矢量作用时间分析

5．3．4 空间电压矢量开关顺序的确定

5．4 三电平逆变器的中点电位平衡控制

5．4．1 中点电位的波动分析

5．4．2 中点电位平衡的控制算法

5．5 本章小结

第六章 三电平光伏并网逆变器控制的Matlab仿真

6．1 SVPWM模块的搭建

6．2 并网控制模块

6．3 仿真结果分析

6．4 本章小结

第七章 三电平光伏并网逆变器的系统设计

7．1 硬件设计

7．1．1 TMS320F28335简介及其最小系统

7．1．2 EP2C8Q208C8简介及其系统

7．1．3 ADC采样电路

7．1．4 电压过零点检测电路

7．1．5 IGBT驱动电路

7．1．6 RS232通信接口电路

7．1．7 LC滤波器的设计

7．2 软件设计

7．2．1 DSP与FPGA的SPI通信

7．2．2 DSP主程序设计

7．2．3 MPPT软件设计

7．2．4 SVPWM控制软件设计

7．2．5 死区补偿

7．2．6 窄脉冲消除

7．3 实验结果与分析

7．4 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文