通用型电力变换控制平台开发及其在风电实验中的应用

发布时间：2017-10-14 14:06

  本文关键词：通用型电力变换控制平台开发及其在风电实验中的应用

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【摘要】：在电力变换、变流驱动、开关电源等应用中,为实现电力电子开关器件的有效控制,需要在驱动控制系统中设计完善的控制电路。本文根据变流器的典型应用,针对信号采样数、脉冲资源数和控制策略等的不同,分析通用型电力变换控制平台在硬件、软件方面的需求,并提出一种"DSP+FPGA"的通用型电力变换控制平台的设计方案,进行了硬件、软件开发设计,并进行了风电实验应用。通过主控单元和外围电路单元硬件设计两个方面,给出了本通用型电力变换控制平台的整体设计思路。主控系统采用‘'DSP+FPGA"的模块化、总线式设计方法,将FPGA的逻辑功能和DSP的运算能力进行优势互补。为了充分提高主控系统输入输出信号的性能和兼容性,对外围电路单元进行优化设计：电源电路采用板载开关电源,信号采集电路可兼容单双极性信号输入,PWM信号采用光纤传输,数字IO电路采用光耦隔离的方式,测频电路可满足软硬件测频的方法,保护电路采用可靠的三级保护电路。本控制平台底层程序的软件开发,主要包括DSP底层代码设计和FPGA底层代码设计两个方面；采用模块化的方法对各个控制功能进行设计,尽量与硬件电路兼容方面相对应,满足不同类型变流器的控制。DSP的底层代码设计主要包括片内外AD采样、坐标变换、空间矢量PWM、PI调节器、串行通信等；FPGA的底层代码设计主要包括接口设计、故障信号处理、脉冲信号PWM产生等。并对代码进行仿真验证,证明了软硬件控制平台的可靠性和可行性。最后,为了在风电实验中验证所开发的控制平台,搭建了5MW直驱永磁同步风电机组模型,并采用dp同步旋转坐标系下的发电机模型,对发电机进行解耦控制,仿真结果验证了所采用的控制策略的有效性；并通过网侧变流器的控制实验,验证了本文提出的控制策略正确性以及控制平台中硬、软件设计的合理性。
【关键词】：电力变换 通用控制平台 DSP FPGA 风电实验
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM614;TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题的研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 电力变换控制技术研究现状10-12
• 1.2.2 数字控制技术研究现状12-16
• 1.2.3 发展趋势16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第2章 典型电力变换器应用及控制平台设计分析18-26
• 2.1 典型电力变换器拓扑及对控制资源的需求18-23
• 2.1.1 风力发电变流器18-19
• 2.1.2 光伏并网变流器19-20
• 2.1.3 储能系统变流器20
• 2.1.4 高压变频器20-22
• 2.1.5 柔性直流输电换流器22-23
• 2.2 通用控制平台设计分析23-25
• 2.2.1 硬件性能设计分析23-24
• 2.2.2 软件功能设计分析24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 通用型电力变换控制平台的硬件设计26-46
• 3.1 控制平台的整体方案与结构设计26-29
• 3.2 主控板设计29-32
• 3.2.1 设计方案29-30
• 3.2.2 资源配置30-32
• 3.2.3 工作模式32
• 3.3 外围电路设计32-45
• 3.3.1 电源插件板33-34
• 3.3.2 测量板34-36
• 3.3.3 模拟信号调理插件板36-38
• 3.3.4 数字信号输入输出电路38-41
• 3.3.5 保护插件板41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 通用电力变换控制平台的软件设计46-62
• 4.1 主控制器DSP的软件设计46-56
• 4.1.1 主程序47
• 4.1.2 AD采样子程序47-50
• 4.1.3 坐标变换子程序50-51
• 4.1.4 SVPWM子程序51-54
• 4.1.5 PI调节器子程序54-56
• 4.1.6 串行通信子程序56
• 4.2 协处理器FPGA的软件设计56-60
• 4.2.1 FPGA与DSP的接口设计56-57
• 4.2.2 变流器故障信号处理57-59
• 4.2.3 PWM脉冲信号的生成59-60
• 4.3 本章小结60-62
• 第5章 直驱风力发电网侧变流器控制实验62-75
• 5.1 直驱永磁风电变流器控制技术62-66
• 5.1.1 网侧变流器控制策略62-64
• 5.1.2 机侧变流器控制策略64-66
• 5.2 直驱永磁风电系统仿真66-68
• 5.2.1 PSCAD仿真模型的搭建66
• 5.2.2 仿真结果66-68
• 5.3 直驱永磁风电网侧变流器实验68-73
• 5.3.1 网侧变流器主电路选型设计68-69
• 5.3.2 网侧变流器逆变控制实验69-72
• 5.3.3 网侧变流器整流控制实验72-73
• 5.4 本章小结73-75
• 第6章 结论与展望75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术成果及参加的科研工作82-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：1031457