基于DSP及FPGA的模塊化大功率電力電子裝置數(shù)控平臺(tái)研究.pdf

1、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(lái)，隨著微電子、信息通信、計(jì)算機(jī)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(wú)功補(bǔ)償、有源濾波等系統(tǒng)中都包含有大容量或超大容量(MW級(jí)到數(shù)百M(fèi)W級(jí))的電力電子裝置，它們通常由幾十個(gè)帶有開關(guān)器件的子模塊通過串并聯(lián)的方式級(jí)聯(lián)而成，利用控制系統(tǒng)對(duì)各個(gè)子模塊的時(shí)序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電能變換的目的。此外，

2、隨著電網(wǎng)運(yùn)行可靠性和安全性的要求日益提高，故障診斷與容錯(cuò)控制也受到越來(lái)越多的關(guān)注。因此，對(duì)于模塊化大功率電力電子裝置的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅要具備優(yōu)秀的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力和控制能力，還要能夠?qū)χ麟娐返倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并對(duì)系統(tǒng)故障做出合理判斷。本文針對(duì)上述要求，主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的工作:
　　首先，結(jié)合典型電力電子裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)字化控制平臺(tái)的需求進(jìn)行了分析。對(duì)于大功率電力電子裝置來(lái)說(shuō)，具有如下幾個(gè)基本特點(diǎn):模塊化多電平的運(yùn)行方式

3、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(jí)聯(lián)使得控制信號(hào)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(duì)其實(shí)時(shí)性、可靠性和容錯(cuò)能力提出高要求。通過這些特點(diǎn)并結(jié)合通用性和可擴(kuò)展性的要求，對(duì)電力電子數(shù)控平臺(tái)的接口、計(jì)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(jì)提供參考。
　　然后，在需求分析的基礎(chǔ)之上對(duì)本數(shù)控系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。硬件方面，針對(duì)計(jì)算能力、實(shí)時(shí)性等要求選擇DS

4、P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(jī)交互界面等模塊的穩(wěn)定通信。軟件方面，利用交點(diǎn)式不對(duì)稱規(guī)則采樣方法對(duì)PWM占空比算法進(jìn)行了分析，通過C語(yǔ)言完成DSP控制程序（包括主程序、占空比計(jì)算程序、故障處理程序等）的編寫，基于Verilog HDL語(yǔ)言在FPGA中完成多個(gè)通用PWM IP核的設(shè)計(jì)。通過參數(shù)配置，可以適應(yīng)不同單元