基于DSP-FPGA的級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器協(xié)同控制研究.pdf

1、固態(tài)變壓器作為能源互聯(lián)網(wǎng)中的能量路由器，是構(gòu)建未來能源互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。它實(shí)現(xiàn)了多種分布式能源的接入，并能夠?qū)Υ箅娋W(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量調(diào)節(jié)、無功補(bǔ)償、能量傳輸?shù)裙δ?。故固態(tài)變壓器是推進(jìn)智能電網(wǎng)乃至能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的新型智能化電力電子設(shè)備。
　　本論文針對級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器的綜合控制進(jìn)行了一系列的分析與研究。級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器是針對固態(tài)變壓器接入高電壓等級(jí)電網(wǎng)的需求，對固態(tài)變壓器的前級(jí)電路拓?fù)浼右愿倪M(jìn)，采用了級(jí)聯(lián)H橋變流器的形式來進(jìn)行分壓，是一

2、種具有新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的固態(tài)變壓器。同時(shí)使用了基于DSP/FPGA協(xié)同控制器來對級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器進(jìn)行控制，最終實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。全文具體工作如下:
　　首先對級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其工作原理進(jìn)行了分析。并對級(jí)聯(lián)型電路拓?fù)渌m用的載波相移PWM調(diào)制技術(shù)的輸出諧波做了數(shù)學(xué)分析。其次，根據(jù)級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器的電路拓?fù)?，分別對其前級(jí)高壓整流級(jí)、中間高頻隔離級(jí)和后級(jí)低壓逆變級(jí)采用了三級(jí)不同的控制策略算法。其中前級(jí)高壓整流級(jí)使用基于電

3、網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)PI控制策略，其中包括直流電壓外環(huán)交流電流內(nèi)環(huán)，后級(jí)低壓逆變級(jí)采用自定義相位的雙閉環(huán)PI控制策略，其中包括交流電壓外環(huán)交流電流內(nèi)環(huán)。而中間高頻隔離級(jí)采用了開環(huán)的50％固定占空比的PWM控制策略。并在MATLAB/Simulink中建立了兩級(jí)級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器的仿真模型，并對基于所述控制策略算法和所采用載波相移PWM技術(shù)進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明控制策略能夠?qū)﹄妷汉碗娏鬟M(jìn)行有效控制。
　　在理論研究和仿真運(yùn)行的基礎(chǔ)上，論文

4、對級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器數(shù)字控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)作了詳細(xì)敘述。數(shù)字控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分，其中實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)包括主電路及其輔助電路的硬件設(shè)計(jì)，以及控制策略算法的DSP軟件實(shí)現(xiàn)和載波相移PWM調(diào)制的FPGA實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。其次是協(xié)同控制器的軟硬件設(shè)計(jì)，包括DSP與FPGA之間的SPI通信線路的連接設(shè)計(jì)，兩者之間進(jìn)行SPI通信的軟件實(shí)現(xiàn)。
　　最后使用上述基于DSP/FPGA協(xié)同控制器在所研制的級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字控

5、制實(shí)驗(yàn)。為驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性，分別對前級(jí)作開環(huán)逆變實(shí)驗(yàn)以及雙閉環(huán)并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，對后級(jí)作單環(huán)電壓單環(huán)電流控制實(shí)驗(yàn)和雙閉環(huán)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)，對中間隔離級(jí)進(jìn)行固定占空比運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于DSP/FPGA的協(xié)同控制器能夠有效控制級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器的前級(jí)級(jí)聯(lián)H橋變流器，后級(jí)三相半橋式逆變器和中間隔離級(jí)電路，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠有效穩(wěn)定地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)電力電子器件的綜合控制。
　　本文對級(jí)聯(lián)型固態(tài)變壓器的仿真研究，以及在實(shí)際系統(tǒng)上進(jìn)行的實(shí)時(shí)數(shù)字控制實(shí)驗(yàn)