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DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用

合肥工业大学能源研究所赖纪东


内容提要

一、光伏并网控制器技术

1、单相并网逆变器

2、三相大功率并网逆变器

3、三相三电平并网逆变器

4、微型并网逆变器二、光伏阵列IV特性可编程模拟电源

三、微网逆变器

四、微网网关控制器

五、10kV级联型高压变频器

六、飞轮电池磁悬浮控制系统

七、柔性直流输电电力变换装置

八、可编程交流模拟电源


一、光伏并网逆变控制技术 1.1单相并网逆变器

L1

PV

串行通信

MPPT控制器

电流内环控制器

采样调理电路

上位机机界面

ADC

同步锁相控制

PWM

IO

开关信号

TMS320F28035

T1

T4

T3

T2

T5

L2 Ug

驱动隔离

C1 C2C3

D1 D2


一、光伏并网逆变控制技术 1.2 三相大功率并网逆变器

系统结构图及实验平台

gL L

C

gi

CidcU

aE

bE

cE

PWM

dq

a,b,c

dq

dq

_ refdirefq

i _

qi

-

-

-

di

CU a,b,c

a,b,c

PIPI

f

I a,b,cf

I a,b,cf

直流

侧

CU

PI PI

refQ refP

Q P

- -

dU dU3/2 3/2

P Q

* * *

*


一、光伏并网逆变控制技术 1.3 三相三电平并网逆变器

系统结构图


系统控制原理图



系统控制实物图 TMS320F28335最小系统



相关波形

逆变器侧线电压输出PWM波形

电网侧电压电流输出波形



一、光伏并网逆变控制技术 1.4 微型并网逆变器

D1

D2

S1

S4

S3

S2

Q1 Q2T2

T1

采样调理电路

ADC

人机界面

PWM

IO

SCI

电网电压电流、直流电压电流、温度等

主控芯片TMS320F28035

外部开关信号

D3


二、光伏阵列IV特性可编程模拟电源

2.1系统原理图



2.2控制原理图



2.3 实物装置



3.1系统结构图

直流电

源

直流电

源

+

-

+

IGBT三相全桥逆变IGBT三相全桥逆变

IdcIdc UdcUdc I`L1,2,3I`L1,2,3 U`L1,2,3U`L1,2,3 IL1,2,3IL1,2,3UL1,2,3UL1,2,3

控制系统TMS320F28335

PWMPWM

RS485液晶液晶

L1L1

L2L2

L3L3

-

交流断路器交流断路器LC 滤波LC 滤波变压器变压器

直流断路器直流断路器

主接触器主接触器

辅助接触器辅助接触器电阻电阻

驱动驱动

PWM1 ~ PWM6

熔断器熔断器

防雷器防雷器

+

-

电解电容电解电容

电源电源

PC

CP

CC

直流滤波

器

直流滤波

器

交流滤波

器

交流滤波

器

NN

RS485MGCCMGCC



3.2系统控制框图

VF电压控制

PQ控制

下垂控制

SPWM

发波

直流母线电压Udc

微源

Udc

ILabc

UCabc

IOabc

Ugridabc

LR

fL

fC

lineL

lineR

AC-BUS

采样处理

保护

ILabc

UCabc

IOabc

Ugridabc

Idc

散热器温

度Temp.

Udc Idc UcabcILabc

UgabcIOabc

Temp.

功率

计算

P Q

P0 Q0

E0 ω0

m n 0 0E E n Q Q 0 0m P P

ILUC

Pref Qref

Kp Ki

调节器限幅值

Vref ωref

Kp Ki

调节器限幅值

数据处理：根据控制要求进行数据的坐标

变换

ILUC

Uref

Uref

Uref

角度计算

预同步模块

PLL

Ugridabc

ωref

ωdθ

ΔP0 ΔQ0

ΔVref 同步模块根据不同模式间的平滑切换做同步处理

ΔP0 ΔQ0

（来自预同步模块）

ΔVref（来自预同步）

θg

ILUCIOUg

模式选择

VSG控制Uref

ωd

系统控制结构框图

P Q



3.3微网逆变器实物图

微网逆变器

微网逆变器控制电路

TMS320F28335最小系统


三、微网逆变器 3.4 相关实验波形

三台逆变器有功功率波形

三台并联运行时的动态电流波形

三台逆变器无功功率与无功电流波形

三台逆变器加载电流波形

三台逆变器减载电流波形


4、微网网关控制器

公共电网连接

隔离装置

公共电网

微网中央

控制器

智能开关电能网通讯网

Internet

DC

AC

DC

AC

AC

DC无功补偿装置

电能质量装置AFC/SVC负荷

预同步

故障保护

隔离、检测等

蓄电池光伏电池

超级电容器

预同步

故障保护

隔离、检测等

微网中央

控制器

Internet

DC

ACDC

AC

AC

DC

无功补偿装置

电能质量装置AFC/SVC负荷

蓄电池光伏电池

超级电容器

上层控制软件

公共电网连接

预同步

故障保护

隔离、检测等

预同步

故障保护

隔离、检测等


4、微网网关控制器

数据计算

ADE任务

共享RAM

ADC

SCI液晶任务

ADE7880

故障判断

接触器控制

启动

停止

模式选择

接触器操作

参数设置

数据显示

系统供电

采样

用户

ADC配置

LCD任务

以太网任务

EEPROM任务TI-RTOS

KM1

A

端

口

C

端

口

B

端

口

隔离开关K1

隔离开关K2

隔离开关K3

接触器KM1

接触器KM3

接触器KM2

网关

KM2

KM3

手动按钮

电源

端口取电

上位机控制KM

信号

故障送显

EEPROM

触摸屏

LCD

DP83848以太网通讯

K4

SB1

F28M35H52

DSP

五、级联型高压变频器

5.1 系统结构

A

u

u

u

u

u

uu

uu

u

uu

uu

u

相电压5u 线电压

CB

5 3𝑢

VT11

功率单元1

功率单元2

A1B1

A2B2

VT12

VT13

VT14

VT21

VT22

VT23

VT24

(a) 三相单元级联型变频器原理图 (b) 两单元H桥串联示意图



5.1 系统结构

VT1VT2

VT3VT4

1dcV 2dcV dcNV

ANVBNVCNV2AV2BV2CV1AV1BV1CV

A B

(c) 级联型高压变频器一相单元结构示意图



5.2 硬件控制电路

（a）主控制电路功能框图

DSPF28335

电源电路

JTAG接口

采样电路

SCI A相单元控

制电路板人机接口I/O

JTAG

ADC

SCI

I/O

I/O

FPGAXINTFSCI

SCI

B相单元控

制电路板

C相单元控

制电路板



5.2 硬件控制电路

（b）子单元控制功能框图

IGBT驱动电路

电源电路

直流电容电压

电抗器电压

模块输出电压

采样电路

桥臂电流

MMC主控

制电路板FPGA

DSPF28035

AD

C

PW

MS

CI

XINTF

换流阀电路



5.3 系统实物图



双向变流技术和高速电机控制

MUVW

A

BC

DC Load

Or

DC Parallel

电网

人机界面

飞轮阵列监控系统

飞轮

隔离驱动隔离驱动

主控芯片TM320F28335

ADC

PWM

SCI


ADC

PWM

SCI

I/O EQEP

采样调理电路

直流侧电压、网侧电压、电流、温度等信号

外部开关量信号隔离

变压器电机

采样调理电路

直流侧电压、电机电流、温度等

信号

电机转速信号隔离

6、飞轮电池及储能系统


（1）网侧控制框图

*

dcV

空间矢量调制

dcV

A B C

abc

dq

相角检测

e

e

dq

i

i

aS

bS

cS

*

u

*

u*du

*

qu

+

-*di+

-

-

0* qi

di

qi

cba iii ,,

cba eee ,,

基于电网电压定向的矢量控制系统（VOC）

六、飞轮电池及储能系统



（2）电机侧控制框图

*

r

空间矢量调制

dcV

U V W

dq

aS

bS

cS

*

su

*

su

*

sdu

*

squ

+-

*

sdi

+-

-

*

sqi

sdi

sqi

cba iii ,,

M/G

dq

abc

编码器

+

Kp

r

+-

*

r

r

磁链计算

转差计算 ++

r

sl s

转子磁链定向的矢量控制系统（FOC）

六、飞轮电池及储能系统



7.1 两端柔性直流输电系统结构图

滤波器换流站1 换流站2

电抗器电抗器

滤波器

交流系统1 交流系统2

直流线路


六、柔性直流输电电力变换装置

7.2 换流站采用模块化多电平换流器(MMC)

SM 1P

N

SM 2

SM n

SM 1

SM 2

SM n

SM 1

SM 2

SM n

SM 1

SM 2

SM n

SM 1

SM 2

SM n

SM 1

SM 2

SM n

ap

an

o

2

dcU

2

dcU

dcU

cuSMi

CSM

u

1au

2au

1bu

2bu

1cu

2cu

bp

bn

cp

cn

L子模块

+

-

ausau

0L

1D

2D

1T

2T

SM

+

sbu

scu

0L 0L

0L 0L 0L

cubu

sai

sbi

sci



7.3 MMC控制框图(双闭环控制)

外环

控制

内环电流解耦

控制

触发脉

冲生成NLM

refP

dcrefU

refQ

srefU

计算

sUQP ,, dqabc

scsbsa iii ,,

scsbsa uuu ,,

sqsd uu ,

sqsd ii ,

sdrefi

sqrefi

drefu

qrefu

dcu+ -

同

步

信

号



7.4 硬件框架

主控DSPDSP F28335

人机交互界面

主FPGA

A相 FPGA B相 FPGA C相 FPGA

DSP

F28035

SM

DSP

F28035

SM

…

…

…

…

…

…

SCI

并行总线

BLVDS总线 BLVDS总线 BLVDS总线

光纤光纤



7.5 实物图

(a) 主控实物图 (b) 单元板实物图



八、可编程交流电网模拟电源

8.1系统结构图

驱动隔离电路

采样调理电路

ADC

人机界面

PWM

IO

SCI

输入输出交流电压电流、直流电压电流、

温度等


外部开关信号

待测变流器

整流器逆变器电网变压器

DC+ DC-

交流输出



8.2控制框图

一般模式

时变模式

谐波叠加模式

低电压穿越模式

调制波生成

SPWMPWM

模式选择

PI2PI1



8.3系统硬件结构及实物图

TMS320F28335最小系统


八、可编程交流电网模拟电源 8.4 相关实验波形

纯正弦输出波形 LVRT模拟输出波形

叠加5次谐波输出波形叠加3次谐波输出波形

汇报结束

谢谢！


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