基于FPGA的光伏并网逆变器的SVPWM控制方法研究与设计

【摘要】：随着社会经济的快速发展,传统非可再生能源日益枯竭及其对环境造成的危害日益加深,人们对绿色新能源的开发越来越重视。太阳能作为清洁、无污染的可再生能源应用越来越广泛,而光伏并网发电作为太阳能开发和利用的重要形式之一,也取得了快速发展。本文通过对光伏并网逆变器的主电路拓扑结构的分析,主要开展了以SVPWM调制方法为基础的三相光伏并网逆变器的研究。首先完成了SVPWM算法的软核设计。其次,在传统PI控制的基础上,提出了重复控制与PI控制相结合的复合控制策略,使并网逆变器输出的电流与电网电压同频同相、而且谐波分量少。本文的主要工作主要包括以下几方面： 首先,本论文分析了光伏并网发电系统的主电路拓扑结构,介绍了隔离型光伏并网逆变器和非隔离型光伏并网逆变器,同时分析了三相光伏并网逆变器的几种常见主电路拓扑结构,并详细研究了三相全桥式逆变电路的工作原理、空间矢量的合成方法。 其次,分析了单极性SPWM控制技术和双极性SPWM控制技术,介绍了SVPWM调制技术的原理,并推导了SVPWM调制技术实现的工程算法。通过对SPWM调制和SVPWM调制两种调制方法的对比分析,选择了SVPWM调制作为三相光伏并网逆变器的调制方法。 第三,为了保证光伏并网逆变器高效、稳定的工作,将三相光伏并网逆变器输出的电流通过同步旋转坐标转换到两相静止坐标下,然后采用前馈解耦的PI控制策略对光伏并网逆变器系统进行了设计,并使用SIMUlink软件对PI控制系统进行仿真,结果表明：系统实现了并网逆变器输出电流的无静差控制。同时提出了重复控制与PI控制相结合的复合控制策略,有效地降低了死区等周期性干扰性信号的影响,提高了逆变器输出电流的波形质量。 最后,根据SVPWM调制技术的原理,采用EP2C8Q208C8N的FPGA芯片实现了空间矢量算法SVPWM的软核设计。SVPWM的软核系统主要包括DDS正弦信号发生器模块、扇区判别模块、三角波比较器模块、PWM生成模块、死区延时模块。通过对系统的各子模块和整个系统的仿真分析,验证了系统设计的合理性。 【关键词】：三相光伏并网逆变器 SVPWM PI控制 重复控制 FPGA
【学位授予单位】：广西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464;TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外光伏产业发展现状9-10
• 1.2.1 国外发展现状9-10
• 1.2.2 国内发展现状10
• 1.3 太阳能光伏发电技术概述10-12
• 1.3.1 独立式光伏发电系统10-11
• 1.3.2 光伏并网发电系统11-12
• 1.4 本文的主要研究内容12-14
• 第2章 光伏并网发电系统的拓扑结构14-24
• 2.1 光伏并网逆变器结构类型的分析14-15
• 2.1.1 隔离型光伏并网逆变器14
• 2.1.2 非隔离型光伏并网逆变器14-15
• 2.2 光伏并网逆变器的主电路拓扑结构15-23
• 2.2.1 三相并网逆变器主电路拓扑结构16-18
• 2.2.2 三相全桥式逆变电路的工作原理18-22
• 2.2.3 空间电压矢量的合成方法22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 逆变器的调制方式24-36
• 3.1 PWM控制技术24
• 3.2 SPWM控制技术24-28
• 3.2.1 单极性SPWM控制技术25
• 3.2.2 双极性SPWM控制技术25-26
• 3.2.3 SPWM调制的逆变器波形仿真26-28
• 3.3 SVPWM算法的工程实现28-35
• 3.3.1 Clarke变换28-29
• 3.3.2 扇区判别29-30
• 3.3.3 矢量作用时间30-31
• 3.3.4 逆变器各桥臂切点时间31
• 3.3.5 PWM波产生模块31-32
• 3.3.6 SVPWM算法仿真与分析32-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 三相光伏并网逆变器控制策略的研究36-52
• 4.1 光伏并网的控制目标36
• 4.2 三相光伏并网逆变器的PI控制策略36-44
• 4.2.1 同步坐标下的三相光伏并网逆变器的数学模型37-38
• 4.2.2 前馈解耦控制策略38-40
• 4.2.3 PI调节器设计40-41
• 4.2.4 PI控制系统的SIMUlink仿真和分析41-44
• 4.3 重复控制和PI控制结合的复合控制策略44-50
• 4.3.1 重复控制的原理44-46
• 4.3.2 重复控制的设计46-48
• 4.3.3 考虑死区时PI控制系统的仿真48-49
• 4.3.4 重复与PI控制的复合控制仿真和分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 SVPWM算法的FPGA实现52-61
• 5.1 FPAG的芯片设计技术52-54
• 5.1.1 FPGA的芯片结构52-53
• 5.1.2 FPGA的设计流程53-54
• 5.1.3 Quartus Ⅱ9.0平台简介54
• 5.2 SVPWM软核系统的设计54-60
• 5.2.1 DDS正弦信号发生器模块设计55-57
• 5.2.2 扇区判别模块设计57-58
• 5.2.3 三角波比较器模块设计58
• 5.2.4 PWM波生成58-59
• 5.2.5 死区延时模块设计59-60
• 5.2.6 SVPWM软核系统的仿真结果60
• 5.3 本章小结60-61
• 第6章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 攻读学位期间参与的课题研究及取得的研究成果66-67
• 致谢67-68

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