本文關鍵詞：通用型電力變換控制平臺開發(fā)及其在風電實驗中的應用

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【摘要】：在電力變換、變流驅動、開關電源等應用中,為實現(xiàn)電力電子開關器件的有效控制,需要在驅動控制系統(tǒng)中設計完善的控制電路。本文根據(jù)變流器的典型應用,針對信號采樣數(shù)、脈沖資源數(shù)和控制策略等的不同,分析通用型電力變換控制平臺在硬件、軟件方面的需求,并提出一種"DSP+FPGA"的通用型電力變換控制平臺的設計方案,進行了硬件、軟件開發(fā)設計,并進行了風電實驗應用。通過主控單元和外圍電路單元硬件設計兩個方面,給出了本通用型電力變換控制平臺的整體設計思路。主控系統(tǒng)采用‘'DSP+FPGA"的模塊化、總線式設計方法,將FPGA的邏輯功能和DSP的運算能力進行優(yōu)勢互補。為了充分提高主控系統(tǒng)輸入輸出信號的性能和兼容性,對外圍電路單元進行優(yōu)化設計：電源電路采用板載開關電源,信號采集電路可兼容單雙極性信號輸入,PWM信號采用光纖傳輸,數(shù)字IO電路采用光耦隔離的方式,測頻電路可滿足軟硬件測頻的方法,保護電路采用可靠的三級保護電路。本控制平臺底層程序的軟件開發(fā),主要包括DSP底層代碼設計和FPGA底層代碼設計兩個方面；采用模塊化的方法對各個控制功能進行設計,盡量與硬件電路兼容方面相對應,滿足不同類型變流器的控制。DSP的底層代碼設計主要包括片內外AD采樣、坐標變換、空間矢量PWM、PI調節(jié)器、串行通信等；FPGA的底層代碼設計主要包括接口設計、故障信號處理、脈沖信號PWM產(chǎn)生等。并對代碼進行仿真驗證,證明了軟硬件控制平臺的可靠性和可行性。最后,為了在風電實驗中驗證所開發(fā)的控制平臺,搭建了5MW直驅永磁同步風電機組模型,并采用dp同步旋轉坐標系下的發(fā)電機模型,對發(fā)電機進行解耦控制,仿真結果驗證了所采用的控制策略的有效性；并通過網(wǎng)側變流器的控制實驗,驗證了本文提出的控制策略正確性以及控制平臺中硬、軟件設計的合理性。
【關鍵詞】：電力變換 通用控制平臺 DSP FPGA 風電實驗
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM614;TM46
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題的研究背景和意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 電力變換控制技術研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 數(shù)字控制技術研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.3 發(fā)展趨勢16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第2章 典型電力變換器應用及控制平臺設計分析18-26
• 2.1 典型電力變換器拓撲及對控制資源的需求18-23
• 2.1.1 風力發(fā)電變流器18-19
• 2.1.2 光伏并網(wǎng)變流器19-20
• 2.1.3 儲能系統(tǒng)變流器20
• 2.1.4 高壓變頻器20-22
• 2.1.5 柔性直流輸電換流器22-23
• 2.2 通用控制平臺設計分析23-25
• 2.2.1 硬件性能設計分析23-24
• 2.2.2 軟件功能設計分析24-25
• 2.3 本章小結25-26
• 第3章 通用型電力變換控制平臺的硬件設計26-46
• 3.1 控制平臺的整體方案與結構設計26-29
• 3.2 主控板設計29-32
• 3.2.1 設計方案29-30
• 3.2.2 資源配置30-32
• 3.2.3 工作模式32
• 3.3 外圍電路設計32-45
• 3.3.1 電源插件板33-34
• 3.3.2 測量板34-36
• 3.3.3 模擬信號調理插件板36-38
• 3.3.4 數(shù)字信號輸入輸出電路38-41
• 3.3.5 保護插件板41-45
• 3.4 本章小結45-46
• 第4章 通用電力變換控制平臺的軟件設計46-62
• 4.1 主控制器DSP的軟件設計46-56
• 4.1.1 主程序47
• 4.1.2 AD采樣子程序47-50
• 4.1.3 坐標變換子程序50-51
• 4.1.4 SVPWM子程序51-54
• 4.1.5 PI調節(jié)器子程序54-56
• 4.1.6 串行通信子程序56
• 4.2 協(xié)處理器FPGA的軟件設計56-60
• 4.2.1 FPGA與DSP的接口設計56-57
• 4.2.2 變流器故障信號處理57-59
• 4.2.3 PWM脈沖信號的生成59-60
• 4.3 本章小結60-62
• 第5章 直驅風力發(fā)電網(wǎng)側變流器控制實驗62-75
• 5.1 直驅永磁風電變流器控制技術62-66
• 5.1.1 網(wǎng)側變流器控制策略62-64
• 5.1.2 機側變流器控制策略64-66
• 5.2 直驅永磁風電系統(tǒng)仿真66-68
• 5.2.1 PSCAD仿真模型的搭建66
• 5.2.2 仿真結果66-68
• 5.3 直驅永磁風電網(wǎng)側變流器實驗68-73
• 5.3.1 網(wǎng)側變流器主電路選型設計68-69
• 5.3.2 網(wǎng)側變流器逆變控制實驗69-72
• 5.3.3 網(wǎng)側變流器整流控制實驗72-73
• 5.4 本章小結73-75
• 第6章 結論與展望75-77
• 參考文獻77-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術成果及參加的科研工作82-83
• 致謝83

【參考文獻】

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本文編號：1031457