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【6h】

基于双向能量转换系统(PCS)的DSP+FPGA控制器的设计

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和现状

1.1.1 课题研究背景

1.1.2 课题发展现状

1.2 课题研究的发展趋势和意义

1.2.1 课题发展趋势

1.2.2 课题意义

1.3 本设计的优点

1.4 本论文的主要工作

第二章 能量变换系统整体介绍与拓扑结构设计

2.1 主拓扑电路选取

2.2 PCS总体架构介绍

2.3 主拓扑图各个参数值设计

2.3.1 交流侧滤波器的参数设计

2.3.2 后置电感设计

2.3.3 滤波电容C的确定

2.3.4 直流母线支撑电容的参数设定

2.3.5 直流侧滤波电感的确定

2.3.6 预充电电路设计

2.3.7 变流器功率器件的选择

2.3.8 系统设计参数

2.4 本章小结

第三章 控制器电路设计

3.1 DSP+FPGA新型控制架构及功能

3.1.1 控制器核心单元

3.1.2 DSP与FPGA接口

3.3 辅助电路设计

3.3.1 采集模块和调理模块

3.3.2 驱动电路

3.3.3 保护电路

3.3.4 电源电路

3.3.5 PWM传输电路

3.3.6 光耦隔离接口电路

3.3.7 控制器背板电路

3.3.8 电平转换电路

3.4 本章小结

4.1.1 DSP主程序

4.1.2 DSP软件保护程序

4.1.3 通信程序

4.2 FPGA控制模块程序

4.3 锁相环模块

4.4 保护模块

4.5 温度测量与比较模块

4.6 DSP与FPGA数据交换模块

4.7 开入开出模块

4.8 SPWM产生模块

4.9 本章小结

第五章 实验平台与结果分析

5.1 实验平台介绍

5.2 实验运行结果图

5.3 实验运行数据分析

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况

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摘要

由于传统的变流器主拓扑结构单一、控制器系统设计简单等缺点,已经不能满足电池大功率储能的能量转换需求。同时,储能电池与电网端电压不匹配,也需要一个中间变换设备来进行能量传递,因此设计一套符合要求的能量转换系统(Power Conversion System,PCS)是分布式能源并网的关键环节。
  本文设计了基本能够满足大功率储能要求的PCS并网储能系统,采用双向AC-DC变流器与双向DC-DC变流器相级联的两级式PCS主拓扑结构,使用DSP+FPGA控制器来实现系统控制。按两级式PCS主拓扑图的设计要求计算LCL滤波器、L滤波器、母线电容、预充电电路、AC-DC变流器以及DC-DC变流器等各模块元件的参数值。根据DSP+FPGA架构的特点,将控制器的功能进行划分,分别进行了相应的硬件设计和软件设计。其中,硬件设计主要包括:核心控制电路、采集调理电路、保护电路、驱动电路等;软件设计主要包括:采用DSP实现了AD中断采集、上位机通信、闭环控制策略等,采用FPGA实现了保护控制、温度测量、数据交换、开入开出量控制、SPWM波产生等。
  最后,搭建了一台符合设计要求的50KW/380V的PCS实验样机。实验运行结果验证了所提出的PCS系统拓扑结构与DSP+FPGA控制器的合理性,为PCS系统进一步研究和调试打下了基础。

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