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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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
* * *
*
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
系统控制原理图
一、光伏并网逆变控制技术 1.3 三相三电平并网逆变器
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
系统控制实物图 TMS320F28335最小系统
一、光伏并网逆变控制技术 1.3 三相三电平并网逆变器
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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 1.3 三相三电平并网逆变器
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
二、光伏阵列IV特性可编程模拟电源
2.1系统原理图
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
二、光伏阵列IV特性可编程模拟电源
2.2控制原理图
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
二、光伏阵列IV特性可编程模拟电源
2.3 实物装置
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
三、微网逆变器
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
三、微网逆变器
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
三、微网逆变器
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
五、级联型高压变频器
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
五、级联型高压变频器
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
五、级联型高压变频器
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
五、级联型高压变频器
5.3 系统实物图
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
主控芯片TM320F28335
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
(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
双向变流技术和高速电机控制
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
(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
双向变流技术和高速电机控制
七、柔性直流输电电力变换装置
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
七、柔性直流输电电力变换装置
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
七、柔性直流输电电力变换装置
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
七、柔性直流输电电力变换装置
7.5 实物图
(a) 主控实物图 (b) 单元板实物图
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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
主控芯片TM320F28335
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
八、可编程交流电网模拟电源
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
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
八、可编程交流电网模拟电源
8.3系统硬件结构及实物图
TMS320F28335最小系统
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用
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!
DSP在电力电子与电力传动领域的相关应用