基于FPGA+DSP的三相光伏并网控制系统设计

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随着工业技术的发展,化石燃料的消费快速增长。煤炭,石油、天然气等化石燃料的供应无法再满足人类社会长期发展的需求,石油危机的出现,煤炭产业的衰落,使人类意识到必须尽快的寻求新的能源供给。太阳能逐渐被人类加以研究和开发,尤其是太阳能发电技术,受到极大的重视。太阳能作为一种储量巨大的可再生能源,它的广泛利用和技术突破必然对克服全球范围内的能源危机大有裨益。本文设计一套基于FPGA+DSP的三相光伏并网控制系统,系统的主电路包括三电平NPC逆变器电路、DC/DC变换电路、控制电路等,控制电路部分主要是由FPGA.DSP构成的处理内核和相应的信号采集、驱动电路组成。本课题的主要任务是设计出一套基于FPGA+DSP协同处理的双处理器结构的驱动控制电路,利用数字信号处理器的强大数据运算能力和现场可编程门阵列的积木式设计结构、快速的响应速度,将驱动控制电路进行高效集成,减少了外围电路芯片和元件数量,缩小了控制板的体积,同时使系统性能和处理速度大幅度提升。FPGA+DSP双CPU架构充分利用了FPGA和DSP各自的优势和特点,通过二者协同处理提高了系统性能。DSP具有流水线设计方法、硬件乘法器、PWM模块和丰富的设计资源,非常适合于IGBT控制算法的设计;FPGA可以通过硬件实现对逻辑和时序的精确高效控制,适合于AD采样模块、三相锁相环以及MPPT模块的设计,实现FPGA与DSP功能上的完美互补。系统采用两级变换结构进行设计,前级采用升压式DC/DC变换电路,用于提高太阳能电池的输出电压,对最大功率点进行跟踪控制,后级采用三电平NPC逆变器电路,实现输出电压的DC/AC变换和并网。通过MATLAB对三相光伏并网系统模型进行仿真,验证系统控制策略的实用性。同时,对基于FPGA平台的MPPT模块和PWM生成模块采用Modelsim进行了波形仿真和分析。
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