基于FPGA+DSP的三相光伏并网控制系统设计

【摘要】：随着工业技术的发展,化石燃料的消费快速增长。煤炭,石油、天然气等化石燃料的供应无法再满足人类社会长期发展的需求,石油危机的出现,煤炭产业的衰落,使人类意识到必须尽快的寻求新的能源供给。太阳能逐渐被人类加以研究和开发,尤其是太阳能发电技术,受到极大的重视。太阳能作为一种储量巨大的可再生能源,它的广泛利用和技术突破必然对克服全球范围内的能源危机大有裨益。本文设计一套基于FPGA+DSP的三相光伏并网控制系统,系统的主电路包括三电平NPC逆变器电路、DC/DC变换电路、控制电路等,控制电路部分主要是由FPGA.DSP构成的处理内核和相应的信号采集、驱动电路组成。本课题的主要任务是设计出一套基于FPGA+DSP协同处理的双处理器结构的驱动控制电路,利用数字信号处理器的强大数据运算能力和现场可编程门阵列的积木式设计结构、快速的响应速度,将驱动控制电路进行高效集成,减少了外围电路芯片和元件数量,缩小了控制板的体积,同时使系统性能和处理速度大幅度提升。FPGA+DSP双CPU架构充分利用了FPGA和DSP各自的优势和特点,通过二者协同处理提高了系统性能。DSP具有流水线设计方法、硬件乘法器、PWM模块和丰富的设计资源,非常适合于IGBT控制算法的设计；FPGA可以通过硬件实现对逻辑和时序的精确高效控制,适合于AD采样模块、三相锁相环以及MPPT模块的设计,实现FPGA与DSP功能上的完美互补。系统采用两级变换结构进行设计,前级采用升压式DC/DC变换电路,用于提高太阳能电池的输出电压,对最大功率点进行跟踪控制,后级采用三电平NPC逆变器电路,实现输出电压的DC/AC变换和并网。通过MATLAB对三相光伏并网系统模型进行仿真,验证系统控制策略的实用性。同时,对基于FPGA平台的MPPT模块和PWM生成模块采用Modelsim进行了波形仿真和分析。 【关键词】：光伏并网 FPGA+DSP 最大功率点跟踪 脉冲宽度调制 MATLAB仿真
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 引言14-15
• 1.2 太阳能光伏发电现状15-16
• 1.2.1 国外光伏发电现状15
• 1.2.2 我国光伏发电现状15-16
• 1.3 光伏并网发电系统总体结构组成16-17
• 1.4 本文主要研究内容和章节安排17-20
• 2 光伏电池模型及其工作特性20-26
• 2.1 光伏电池原理及其模型20-22
• 2.1.1 太阳能电池的工作原理20-21
• 2.1.2 太阳能电池的等效模型21-22
• 2.2 光伏电池的特性22-24
• 2.2.1 太阳能电池参数及输出特性22-23
• 2.2.2 太阳能电池的温度特性23
• 2.2.3 太阳能电池的光照特性23-24
• 2.3 本章小结24-26
• 3 最大功率点跟踪控制与三相锁相环26-40
• 3.1 最大功率点跟踪26-32
• 3.1.1 最大功率跟踪原理26-28
• 3.1.2 最大功率点的跟踪方法28-32
• 3.2 三相锁相环32-36
• 3.2.1 DQ坐标变换鉴相器32-34
• 3.2.2 压控振荡器与环路滤波器34
• 3.2.3 CORDIC算法34-36
• 3.3 FPGA的PLL简介36-38
• 3.3.1 Altera器件的PLL36-37
• 3.3.2 工具支持37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 光伏并网发电系统设计40-80
• 4.1 光伏并网系统总体结构40-41
• 4.2 DC/DC变换电路41-48
• 4.2.1 降压式变换电路41-45
• 4.2.2 升压式变换电路45-47
• 4.2.3 DC/DC变换电路的选择47-48
• 4.3 系统主电路结构48-50
• 4.3.1 逆变器主电路结构48
• 4.3.2 并网逆变器的拓扑结构48-50
• 4.4 基于FPGA+DSP的协同处理系统50-52
• 4.5 硬件设计52-64
• 4.5.1 电源供应53-54
• 4.5.2 配置芯片54-55
• 4.5.3 晶振电路和JTAG接口55-57
• 4.5.4 AD采样电路57-58
• 4.5.5 直流侧电压电流检测电路58-60
• 4.5.6 交流侧电压电流检测电路60
• 4.5.7 电压过零检测电路60-61
• 4.5.8 温度检测电路61-63
• 4.5.9 IGBT驱动电路63-64
• 4.6 软件设计64-79
• 4.6.1 FPGA与DSP通信接口设计65-67
• 4.6.2 DSP主程序设计67-68
• 4.6.3 改进的MPPT算法设计68-71
• 4.6.4 PWM生成模块设计71-79
• 4.7 本章小结79-80
• 5 并网发电控制系统仿真研究80-90
• 5.1 MPPT算法的MATLAB仿真80-88
• 5.1.1 光伏电池MATLAB仿真模型建立80-81
• 5.1.2 PWM产生模块MATLAB仿真模型建立81-82
• 5.1.3 最大功率点跟踪算法MATLAB仿真模型建立82-85
• 5.1.4 变步长滞环比较MPPT算法MATLAB仿真85-88
• 5.2 MPPT和PWM模块的Modelsim仿真88-89
• 5.2.1 MPPT模块Modelsim仿真88
• 5.2.2 PWM生成模块Modelsim仿真88-89
• 5.3 本章小结89-90
• 6 论文总结与展望90-92
• 参考文献92-96
• 致谢96-98
• 作者简介及读研期间主要科研成果98

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

光伏并网电站损耗探讨    张霆;

模拟光伏并网实验装置的研制    洪峰;嵇鼎毅;王成华;

大型光伏并网电站科研规划的探讨    陈祥;

光伏并网系统研究    崔瑞;李俊华;

光伏并网系统中直流注入问题最新进展及发展趋势    周林;杨冰;郭珂;李红新;张正茂;

光伏并网系统的输出电流控制方案    付铭骥;李奎霖;王梓全;

三相光伏并网系统直接电流控制策略的研究    郭玉龙;石磊;张健;霍春宝;

分布式光伏并网技术深化研究课题成果通过评审    

光伏并网系统研究    

光伏并网逆变器低电压穿越优化设计研究    张雅静;郑琼林;卢远宏;马亮;

基于线电流解耦算法的三相光伏并网系统    谭甲凡;

一种三相光伏并网系统的双模运行控制策略    周彦;段善旭;刘飞;殷进军;刘邦银;

基于Z源的光伏并网控制策略研究    蒋立;郑建勇;

不可调度式单相光伏并网装置的平波电容容量的选择    沈玉梁;苏建徽;赵为;余世杰;王斯成;王德邻;

小型太阳能光伏并网系统设计    黄改云;

单相光伏并网逆变器的研究    李练兵;王同广;孙鹤旭;

光伏并网系统反孤岛控制策略研究    金结红;余晓东;余海东;

新型锁相技术在光伏并网系统中的应用    周方圆;龚芬;胡前;彭振江;

单相光伏并网系统及其反孤岛策略的仿真研究    褚小莉;余晓东;

基于DSP太阳能光伏并网系统的应用研究    张海波;孙邦伍;原慧军;刘伟;崔海瑞;

光伏并网标准亟待出台    缪传俊

江苏 分布式光伏并网容量居全国第一    黄蕾

上半年新增光伏并网容量翻番    国家能源局

我市开建20兆瓦光伏并网电站    记者 王贺　通讯员 杨锋 学谦

40余项光伏并网关键标准或上半年完成编写    本报记者 王荣

我市光伏并网容量年底将达1000兆瓦    记者 李莎莎

我的微型分布式光伏并网电站(下)    淄博 田连华

我的微型分布式光伏并网电站(上）    淄博 田连华

上半年光伏并网量大增 能源局力促分布式发展    记者 王佑

中节能光伏并网项目竣工在即    记者 杨文浩

光伏并网逆变系统综合控制策略研究及实现    吴理博

光伏并网功率调节系统及其控制的研究    汪海宁

单相光伏并网系统的分析与研究    王飞

基于Z源网络的光伏并网逆变系统的研究    刘鸿鹏

大功率光伏并网逆变系统研究    马亮

数字化光伏并网系统的逆变技术研究    张文

无变压器结构光伏并网逆变器拓扑及控制研究    马琳

光伏并网逆变系统控制策略研究    郭晓瑞

三电平光伏并网逆变器拓扑结构及控制策略的研究    周皓

光伏发电高效利用的关键技术研究    肖华锋

光伏并网逆变器控制策略及最大功率点跟踪技术研究    李洁

分布式光伏并网无功电压控制研究    田飞

光伏并网检测控制系统研究    王爱苓

基于DSP的光伏并网逆变器研制    谭洋

基于DSP的单相光伏并网系统的研究    祝军

基于MCU控制的光伏并网逆变系统的设计与实现    袁照红

光伏并网同步方法研究及切换电路设计    樊晓波

基于广域保护的光伏并网的配电网保护方案    田果

智能小区光伏并网供电系统设计    田娜

联网型光伏并网及监控系统研究    赵珈玉