本文關(guān)鍵詞：基于DSP及FPGA的模塊化大功率電力電子裝置數(shù)控平臺研究

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【摘要】：電力電子裝置在工業(yè)、軍事、航空航天等領(lǐng)域承擔(dān)著電能變換的重要作用。近年來,隨著微電子、信息通信、計算機等技術(shù)的不斷發(fā)展,模塊化、智能化、大容量、大功率和高可靠逐漸成為電力電子技術(shù)的重要發(fā)展方向。以電網(wǎng)系統(tǒng)為例,柔性直流輸電、靜止無功補償、有源濾波等系統(tǒng)中都包含有大容量或超大容量(MW級到數(shù)百MW級)的電力電子裝置,它們通常由幾十個帶有開關(guān)器件的子模塊通過串并聯(lián)的方式級聯(lián)而成,利用控制系統(tǒng)對各個子模塊的時序控制來實現(xiàn)電能變換的目的。此外,隨著電網(wǎng)運行可靠性和安全性的要求日益提高,故障診斷與容錯控制也受到越來越多的關(guān)注。因此,對于模塊化大功率電力電子裝置的控制系統(tǒng)來說,不僅要具備優(yōu)秀的數(shù)學(xué)運算能力和控制能力,還要能夠?qū)χ麟娐返倪\行狀態(tài)進行實時監(jiān)控并對系統(tǒng)故障做出合理判斷。本文針對上述要求,主要進行了以下幾個方面的工作：首先,結(jié)合典型電力電子裝置的拓撲結(jié)構(gòu),對數(shù)字化控制平臺的需求進行了分析。對于大功率電力電子裝置來說,具有如下幾個基本特點：模塊化多電平的運行方式成為主流；開關(guān)電源取代傳統(tǒng)的線性電源,成為控制線路通斷的主要方式；更多子模塊的級聯(lián)使得控制信號的需求量不斷增大；電力電子裝置在系統(tǒng)中的重要地位對其實時性、可靠性和容錯能力提出高要求。通過這些特點并結(jié)合通用性和可擴展性的要求,對電力電子數(shù)控平臺的接口、計算能力和通信能力等基本硬件資源提出需求,為芯片選擇和硬件設(shè)計提供參考。然后,在需求分析的基礎(chǔ)之上對本數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件進行了設(shè)計。硬件方面,針對計算能力、實時性等要求選擇DSP芯片TMS320C28335和FPGA芯片EP3C40作為核心主控板,并通過CAN總線、RS232和RS485共同構(gòu)建通訊網(wǎng)絡(luò),以保證主控板與監(jiān)控系統(tǒng)、人機交互界面等模塊的穩(wěn)定通信。軟件方面,利用交點式不對稱規(guī)則采樣方法對PWM占空比算法進行了分析,通過C語言完成DSP控制程序(包括主程序、占空比計算程序、故障處理程序等)的編寫,基于Verilog HDL語言在FPGA中完成多個通用PWMIP核的設(shè)計。通過參數(shù)配置,可以適應(yīng)不同單元模塊級聯(lián)方式下的時序控制；并通過對開關(guān)器件控制及時將故障單元從系統(tǒng)切除。最后,通過硬件板卡、軟件仿真、多電平變換器的綜合控制三方面測試對本數(shù)控平臺的整體功能進行了驗證。結(jié)果表明,此平臺可以為模塊化大功率電力電子裝置提供可靠的控制方案,為今后對于電力電子數(shù)控平臺的研究打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：電力電子 模塊化 數(shù)控平臺 DSP FPGA
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景及意義9
• 1.2 模塊化電力電子裝置概述9-12
• 1.2.1 發(fā)展現(xiàn)狀9-12
• 1.2.2 發(fā)展趨勢12
• 1.3 數(shù)字化控制平臺概述12-15
• 1.3.1 基于單DSP架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)13-14
• 1.3.2 基于單FPGA架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)14-15
• 1.3.3 基于DSP與FPGA混合架構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)15
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 第二章 數(shù)字化控制平臺的需求分析17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 典型模塊化大功率電力電子裝置17-22
• 2.2.1 級聯(lián)H橋多電平逆變器17-19
• 2.2.2 模塊化多電平變流器MMC19-22
• 2.3 大功率電力電子裝置的基本特點22-25
• 2.3.1 模塊化成主流22-23
• 2.3.2 基于開關(guān)電源運行23
• 2.3.3 控制信號需求量大23-24
• 2.3.4 實時性要求高24
• 2.3.5 監(jiān)控與故障檢測24
• 2.3.6 高可靠性和容錯性24-25
• 2.4 數(shù)控平臺的基本硬件資源需求25-28
• 2.4.1 接口種類與精度25-26
• 2.4.2 計算能力26-27
• 2.4.3 通信能力27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 數(shù)字化控制平臺的硬件設(shè)計29-43
• 3.1 引言29
• 3.2 核心芯片的選擇29-33
• 3.2.1 核心處理器DSP30-31
• 3.2.2 PWM發(fā)生器31-32
• 3.2.3 AD轉(zhuǎn)換器32
• 3.2.4 CAN收發(fā)器32-33
• 3.3 數(shù)字化控制平臺的組成33-38
• 3.3.1 系統(tǒng)的硬件原理圖33-34
• 3.3.2 主要模塊功能介紹34-35
• 3.3.3 主要芯片外圍電路的配置35-38
• 3.4 數(shù)字化控制平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計38-41
• 3.4.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)38-39
• 3.4.2 主控及通訊部分39-40
• 3.4.3 基于FPGA芯片部分40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第四章 數(shù)字化控制平臺的軟件設(shè)計43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 基于DSP的軟件設(shè)計43-48
• 4.2.1 DSP軟件開發(fā)環(huán)境配置43-44
• 4.2.2 PWM占空比算法44-45
• 4.2.3 DSP程序設(shè)計45-48
• 4.3 基于FPGA的軟件設(shè)計48-57
• 4.3.1 FPGA軟件開發(fā)環(huán)境配置49-50
• 4.3.2 PWM波形發(fā)生算法50-54
• 4.3.3 基于Verilog語言的PWM IP核模塊54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 第五章 實驗與測試59-69
• 5.1 硬件板卡測試59-62
• 5.1.1 核心板測試59-62
• 5.1.2 基于FPGA板卡的測試62
• 5.2 軟件綜合仿真62-64
• 5.3 綜合應(yīng)用測試64-69
• 5.3.1 基本原理64-66
• 5.3.2 設(shè)計流程66-67
• 5.3.3 實驗驗證67-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69
• 6.2 展望69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻73-77
• 作者簡介77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳卓;;簡析電力電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];電子世界;2015年22期

2 吳瑕杰;方輝;宋文勝;馮曉云;;一種基于DSP-FPGA的輔助逆變器核心控制系統(tǒng)[J];電機與控制學(xué)報;2015年05期

3 錢照明;張軍明;盛況;;電力電子器件及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和發(fā)展[J];中國電機工程學(xué)報;2014年29期

4 張勇軍;姚智聰;王京;李華德;;一種級聯(lián)H橋型靜止無功發(fā)生器電容電壓平衡控制策略[J];中國電機工程學(xué)報;2014年27期

5 林志勇;江道灼;周月賓;郭捷;胡鵬飛;梁一橋;;基于級聯(lián)H橋換流器的APF-STATCOM的控制與調(diào)制[J];電力系統(tǒng)保護與控制;2014年07期

6 吳征;蘇淑靖;;基于FPGA+PWM的多路信號發(fā)生器設(shè)計[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2014年03期

7 冷海濱;;現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展趨勢探析[J];電子技術(shù)與軟件工程;2014年01期

8 郭巍;肖遙;孫永佳;;基于DSP與FPGA的變流器通用控制平臺研究[J];電氣傳動;2014年02期

9 徐海泉;;集成化視野對電力電子技術(shù)發(fā)展趨勢的探討[J];電子世界;2013年20期

10 柴愛平;;基于H橋級聯(lián)型五電平逆變器的Matlab仿真分析[J];山東工業(yè)技術(shù);2013年11期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 王異凡;多模塊并聯(lián)APF關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 彭勁杰;容錯并聯(lián)型有源電力濾波器的研究[D];中南大學(xué);2013年

3 郭捷;模塊化多電平換流器在HVDC應(yīng)用的若干關(guān)鍵問題研究[D];浙江大學(xué);2013年

4 徐彬;級聯(lián)多電平逆變器高性能控制方法及故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2011年

5 謝斌;并聯(lián)型有源電力濾波器諧波檢測及控制技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

6 胡海兵;電力電子集成系統(tǒng)中的數(shù)字控制平臺研究[D];浙江大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 劉拓夫;模塊化并聯(lián)三相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計[D];浙江大學(xué);2015年

2 關(guān)雪嶺;電力電子數(shù)控平臺及其應(yīng)用[D];華北電力大學(xué);2014年

3 連霄壤;模塊化多電平STATCOM控制策略研究[D];浙江大學(xué);2012年

4 盧彥杰;三相逆變器并聯(lián)技術(shù)研究[D];北京交通大學(xué);2011年

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本文編號：839526