2017全国电子设计大赛一等奖论文设计三相逆变微电网并联.doc

微电网模拟系统设计报告题目：微电网模拟系统 摘要 本文针对微电网模拟系统研究背景，设计了可编程逻辑器件 FPGA为控制核 心的两个三相逆变器系统。本系统的硬件主要由逆变主电路系统和 FPGA空制电 路系统构成，包括FPGA空制电路、CC2640勺AD采样电路、三相逆变驱动电路、 互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。由 FPGA控制 电路输出六路PWM信号（PWM1-PWM来控制逆变器的MOS管通断，通过电流电压 互感器对输出进行反馈，再经 A/D转换器进行采样，传给FPGA空制电路来调节 输出，构成闭环控制系统。本系统软件设计是利用 Verilog HDL的FPGA逻辑门、 IP核、时钟（DMC等资源生成SPW模块、并行通信模块结合 TI的CC260的 A/D 采集和显示模块。最后，将软硬件系统联合调试，经验证，软硬件都达到预期目 标，实际效果较好。 关键字：微电网模拟系统；FPGA可编程逻辑；三相逆变；SPWI模块 目录 1 方案论证 1 文案大全1.1 主控单元的比较与选择 1 1.2 SPWM模块的比较与选择 1 1.3 驱动模块的比较与选择 1 1.4 方案描述 2 2 理论分析与计算 2 2.1 逆变器提高效率的方法 2 2.2 运行模式控制策略 3 3 电路与程序设计 3 3.1 逆变器主电路与器件选择 3 3.1.1 总体系统电路 4 3.1.2 逆变电路 4 3.1.3 滤波电路 4 3.2 控制电路与控制程序 5 3.2.1 控制电路 错误！未定义书签。 3.2.2 控制程序 5 4 测试方案与测试结果 5 4.1 测试方案及测试条件 错误！未定义书签。 4.2 测试结果 6 4.3 测试结果分析 6 5 总结 6 参考文献 6 附件 7 附1 :元器件明细表 7 附2 :仪器设备清单 7 附3:电路图图纸 8 附 4: PCB 图 9 附6 :程序清单 101方案论证 1.1主控单元的比较与选择 方案一：采用数字信号处理器DSP传统基于DSP的逆变控制的设计虽然在 计算的复杂度和软件的灵活性上有一定优势，但是程序为顺序运行从而导致逆变 器控制算法在计算速度上受到很大的限制。 方案二：采用可编程逻辑器件FPGA基于FPGA的逆变器的并行特点使其非 常适合产生SPWM，从而在速度上占很大的优势，适合本题目要求。 综上所述，选择方案二。 1.2 SPW模块的比较与选择 方案一：采用比较器对正弦波和三角波进行比较得到 PWM波，然后送入驱 动电路放大再驱动MOSFET但该方案受运放参数影响较大，调试困难。 方案二：运用可编程逻辑器件 FPGA产生PWM通过正弦值查表法来产生 SPWM。该方案实现简单，有较强的抗干扰能力。 综上所述，选择方案二。 1.3驱动模块的比较与选择 方案一：采用专用驱动芯片IRS2186搭建驱动电路。驱动芯片配合外围电路 完成，该方法优点是系统的集成度高，有良好的过载和短路保护功能。 。 方案二：采用分立元器件搭建驱动电路。电路中选用高速开关管8050和8550, 其反应速度可以达到微秒级，可以避免信号在传输过程中的累加延迟， 有利于减 少输出波形的失真度。但电路较复杂化，需要额外搭建保护电路。 综上所述，选择方案一。 1.4方案描述 本设计的整体方案主要有 FPGA控制模块，SPWM模块，驱动模块，A/D采 样模块，OLED显示模块和并行通信模块组成。 图1总体系统方案框架图 2理论分析与计算 2.1逆变器提高效率的方法 逆变器效率提升技术主要集中在两个方面： 结构和器件等硬件；控制及调制 策略。 结构及器件上的改进，采用软开关技术通过谐振电路，实现功率器件在零电 压状态下开通或者关断，从而有效减小换流时 MOS管的开关损耗，达到提升逆 变器效率的目的。 控制策略的改进，采用电压空间矢量脉宽调制技术通过三相交流电压综合在 一起，通过对称排列方式，可获得减小 MOS管开关次数的效果，从而能够进一 步减小逆变器功率器件的开关损耗。 2.2运行模式控制策略 本设计三相逆变器有单独工作模式和并联工作模式。通过分析逆变电源并联 基础模型，采样一种基于FPGA的无互连线复合控制方案。 双闭环反馈控制中，设 ， 为电压环的比例系数和反馈系数， ， 为 电流调节器的比例系数和反馈系数， 为参考的指令电压。 忽略参数r的影 响，经过环路分析， 设 ，可推导出系统传递函数为： （公式1） 故空载时逆变系统的幅值静差: （公式 2） 可见，系统的静差可随 ， 和， 的增大而不断减小。基于内模原 理的重复控制技术，对于给定或具有重复性干扰的系统具有较好的控制效果， 有 效降低并联电流波形的THD。结合双闭环和重复控制的并联波形控制方法，解决 并联逆变电源的