CN113394764A - 一种基于fpga的功率波动抑制装置 - Google Patents
一种基于fpga的功率波动抑制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113394764A CN113394764A CN202110797089.9A CN202110797089A CN113394764A CN 113394764 A CN113394764 A CN 113394764A CN 202110797089 A CN202110797089 A CN 202110797089A CN 113394764 A CN113394764 A CN 113394764A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- power
- fluctuation suppression
- voltage
- power fluctuation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001629 suppression Effects 0.000 title claims abstract description 37
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
- H02J1/02—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
- H02M1/15—Arrangements for reducing ripples from dc input or output using active elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的功率波动抑制装置，包括主功率Boost电路、信号调理电路、AD转换电路、保护电路、FPGA核心电路和驱动信号电平转换电路，FPGA核心电路设计锁相环模块、AD控制模块、软启动模块、功率波动抑制模块、电流控制模块和调制信号生成模块，将电压和电流信号转换成电压和电流反馈值，控制输入电压和电压反馈值的比例，抑制输入功率的电流波动，计算电流给定值和电流反馈量之差，产生占空比信号，与载波比较，降低直流供电系统的输出功率波动，提高供电系统稳定性，提高电力电子供电系统的使用寿命，提高直流供电系统中光伏发电装置、蓄电池储能装置工作寿命。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种FPGA应用技术。
背景技术
随着电力电子技术的发展，电力电子设备的系统功率逐步增大，脉冲负载的工作模式更加复杂，特别是逆变焊机、气象雷达等脉宽负载引起电力电子系统输入功率出现大幅波动，对常规交流供电系统的频率和电压稳定性造成严重影响。
直流供电系统以直流配电的形式将发电装置、储能系统、负荷联结起来，在电能质量方面不存在交流系统的无功环流和频率偏差等问题，拥有更好的电能质量。在运行控制方面，直流供电系统不必考虑发电装置之间的同步问题，更容易实现环流抑制和功率平衡。
直流供电系统虽然拥有诸多优点，但是大量脉冲供电模式的电力电子设备的脉冲工作模式，使供电侧的输入功率在空载与满载之间波动，严重影响供电系统与电力电子供电系统的稳定性和使用寿命。因此，必须抑制直流供电系统的功率波动。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的直流供电系统如直流微电网、小型直流配电网中逆变焊机、相控阵雷达等脉冲负载条件下的供电系统功率波动抑制问题，提出了一种基于FPGA的功率波动抑制装置，采用先进的FPGA控制方法抑制功率波动，提高直流供电系统与电力电子供电系统的稳定性和使用寿命，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
由工频交流市电经整流，或光伏、蓄电池组成直流微电网，向功率波动抑制装置提供直流配电，功率波动抑制装置经电力电子供电系统向脉冲负载提供稳定的工作电压，脉冲负载等效为储能电容和电阻。
功率波动抑制装置包括主功率Boost电路、信号调理电路、AD转换电路、保护电路、FPGA核心电路和驱动信号电平转换电路，FPGA核心电路设计锁相环模块、AD控制模块、软启动模块、功率波动抑制模块、电流控制模块和调制信号生成模块。
AD控制模块控制AD转换电路，将电压和电流信号转换成电压和电流反馈值，发送至功率波动抑制模块，功率波动抑制模块控制输入电压和电压反馈值的比例，抑制输入功率的电流波动，发送至电流控制模块，电流控制模块计算电流给定值和电流反馈量之差，产生占空比信号，发送至调制信号生成模块，调制信号生成模块控制信号调理电路，生成载波，比较占空比信号与载波，更新占空比。
功率波动抑制模块设电流反馈值iref、电压反馈值Uref、装置输出电压Uo、Uref与Uo之差ΔU、电压控制比例系数kup、时间常数τ，用s表示时域，采用公式一
控制输入电压和电压反馈值的比例，产生平稳变化的电流给定值。
进一步的，功率波动抑制模块使用数字低通滤波器平滑滤波，采用前向数值积分法，设滤波采样周期T，用z表示频率，令s＝(z-1)/T，采用公式二
平滑电流给定值，用k表示当前时刻、k+1表示下个时刻，采用公式三
由移位实现系数T/τ，将公式二转换成公式三的FPGA可执行的离散形式。
电流控制模块设电流实际值与反馈值的差值Δi、电流控制比例系数kip、电流控制积分系数kii，用d表示占空比，采用公式四
产生占空比信号。
进一步的，电流控制模块使用位置式数字PI控制器实现环路补偿，采用公式五
保持电源的动态特性和稳态特性。
调制信号生成模块使用200MHz的时钟信号，采用增计数的方式生成三角载波，比较占空比信号与载波，输出20kHz的PWM信号，每个PWM周期由10000个时钟周期累加得到，计数值为0时，载入新的占空比信号，更新下个周期的PWM占空比。
本发明的有益效果：降低直流供电系统的输出功率波动，提高供电系统稳定性，提高电力电子供电系统的使用寿命，提高直流供电系统中光伏发电装置、蓄电池储能装置工作寿命。
附图说明
图1是装置应用原理图，图2是装置结构原理图，图3是FPGA设计原理图，图4是信号处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
由工频交流市电经整流，或光伏、蓄电池组成直流微电网，向功率波动抑制装置提供直流配电，如图1所示，功率波动抑制装置经电力电子供电系统向脉冲负载提供稳定的工作电压，脉冲负载等效为储能电容和电阻。
功率波动抑制装置包括主功率部分、信号调理电路、AD转换电路、保护电路、FPGA核心电路和驱动信号电平转换电路，如图2所示。
FPGA核心电路设计锁相环模块、AD控制模块、软启动模块、功率波动抑制模块、电流控制模块和调制信号生成模块，如图3所示。
AD控制模块将电压和电流信号快速模数转换成电压反馈值和电流反馈值，实时发送至功率波动抑制模块，功率波动抑制模块控制输入电压和电压反馈值的比例，由数字低通滤波器平滑滤波，产生平稳变化的电流给定值，抑制输入功率的电流波动，发送至电流控制模块，电流控制模块计算电流给定值和电流反馈量之差，由位置式数字PI控制器产生占空比信号，发送至调制信号生成模块，保持电源的动态特性和稳态特性，调制信号生成模块比较占空比信号与载波，载入新的占空比信号，更新下个周期的PWM占空比，处理流程如图4所示。
在搭建的试验平台中进行验证，采用本装置的FPGA控制方法，变换器输入电流被控制平稳。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于FPGA的功率波动抑制装置，由工频交流市电经整流，或光伏、蓄电池组成直流微电网，向功率波动抑制装置提供直流配电，功率波动抑制装置经电力电子供电系统向脉冲负载提供稳定的工作电压，脉冲负载等效为储能电容和电阻，其特征在于，功率波动抑制装置包括：主功率Boost电路、信号调理电路、AD转换电路、保护电路、FPGA核心电路和驱动信号电平转换电路，FPGA核心电路设计锁相环模块、AD控制模块、软启动模块、功率波动抑制模块、电流控制模块和调制信号生成模块；AD控制模块控制AD转换电路，将电压和电流信号转换成电压和电流反馈值，发送至功率波动抑制模块，功率波动抑制模块控制输入电压和电压反馈值的比例，抑制输入功率的电流波动，发送至电流控制模块，电流控制模块计算电流给定值和电流反馈量之差，产生占空比信号，发送至调制信号生成模块，调制信号生成模块控制信号调理电路，生成载波，比较占空比信号与载波，更新占空比。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的功率波动抑制装置，其特征在于，所述功率波动抑制模块，包括：设电流反馈值iref、电压反馈值Uref、装置输出电压Uo、Uref与Uo之差ΔU、电压控制比例系数kup、时间常数τ，用s表示时域，采用公式一
控制输入电压和电压反馈值的比例，产生平稳变化的电流给定值。
3.根据权利要求2所述的基于FPGA的功率波动抑制装置，其特征在于，所述功率波动抑制模块，包括：使用数字低通滤波器平滑滤波，采用前向数值积分法，设滤波采样周期T，用z表示频率，令s＝(z-1)/T，采用公式二
平滑电流给定值，用k表示当前时刻、k+1表示下个时刻，采用公式三
由移位实现系数T/τ，将公式二转换成公式三的FPGA可执行的离散形式。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的功率波动抑制装置，其特征在于，所述电流控制模块，包括：设电流实际值与反馈值的差值Δi、电流控制比例系数kip、电流控制积分系数kii，用d表示占空比，采用公式四
产生占空比信号。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的功率波动抑制装置，其特征在于，所述电流控制模块，包括：使用位置式数字PI控制器实现环路补偿，采用公式五
保持电源的动态特性和稳态特性。
6.根据权利要求1所述的基于FPGA的功率波动抑制装置，其特征在于，所述调制信号生成模块，包括：使用200MHz的时钟信号，采用增计数的方式生成三角载波，比较占空比信号与载波，输出20kHz的PWM信号，每个PWM周期由10000个时钟周期累加得到，计数值为0时，载入新的占空比信号，更新下个周期的PWM占空比。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110797089.9A CN113394764A (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 一种基于fpga的功率波动抑制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110797089.9A CN113394764A (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 一种基于fpga的功率波动抑制装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113394764A true CN113394764A (zh) | 2021-09-14 |
Family
ID=77626067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110797089.9A Pending CN113394764A (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 一种基于fpga的功率波动抑制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113394764A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114256831A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-29 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种直流供电功率波动抑制装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011147230A (ja) * | 2010-01-13 | 2011-07-28 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | 直流電源装置 |
| CN108336758A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-07-27 | 天津大学 | 一种基于纹波关联法的光伏组件mppt算法 |
| CN208707373U (zh) * | 2018-08-09 | 2019-04-05 | 南京工程学院 | 一种双闭环直流微网混合储能控制装置 |
| CN109638889A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-16 | 广东志成冠军集团有限公司 | 海岛柴储混合供电系统的直流侧惯性增强控制方法 |
| CN110912247A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-24 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 直流母线电压波动平抑方法 |
| CN112636585A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-09 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种功率波动抑制系统及其设计方法 |
-
2021
- 2021-07-14 CN CN202110797089.9A patent/CN113394764A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011147230A (ja) * | 2010-01-13 | 2011-07-28 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | 直流電源装置 |
| CN108336758A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-07-27 | 天津大学 | 一种基于纹波关联法的光伏组件mppt算法 |
| CN208707373U (zh) * | 2018-08-09 | 2019-04-05 | 南京工程学院 | 一种双闭环直流微网混合储能控制装置 |
| CN109638889A (zh) * | 2019-01-15 | 2019-04-16 | 广东志成冠军集团有限公司 | 海岛柴储混合供电系统的直流侧惯性增强控制方法 |
| CN110912247A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-03-24 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | 直流母线电压波动平抑方法 |
| CN112636585A (zh) * | 2020-12-11 | 2021-04-09 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种功率波动抑制系统及其设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 孙勇，等: ""长脉宽模式下雷达供电系统功率波动机理研究"", 《电源学报》, vol. 19, no. 3, 31 May 2021 (2021-05-31), pages 134 - 140 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114256831A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-29 | 中国电子科技集团公司第十四研究所 | 一种直流供电功率波动抑制装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10097077B2 (en) | Control method for improving dynamic response of switch power | |
| CN104038048B (zh) | 升压转换器 | |
| US8130522B2 (en) | Digital power factor correction | |
| US8436592B2 (en) | Voltage buck-boost switching regulator | |
| KR101582471B1 (ko) | 효율맵을 이용하는 컨버터시스템 및 그 제어방법 | |
| CN107070222B (zh) | 一种双向dc/dc功率变换器控制电路的控制方法 | |
| CN110011296B (zh) | 一种基于自抗扰控制技术的直流微电网分布式下垂控制方法 | |
| US20110095731A1 (en) | Power factor correction controller, controlling method thereof, and electric power converter using the same | |
| CN108768175B (zh) | 一种多相交错并联dc-dc变换器装置 | |
| CN101478235A (zh) | 一种非隔离式双向dc/dc变换器的控制电路及其控制方法 | |
| CN102025266B (zh) | Llc谐振变换电路的数字化控制方法 | |
| CN103532347A (zh) | 一种脉宽调制型开关电源电路 | |
| CN110661247B (zh) | 基于功率系数补偿的直流微电网功率均分控制方法及系统 | |
| CN111245238A (zh) | 三电平Boost电路控制方法及系统 | |
| CN114336573B (zh) | 一种直流微电网多储能单元下垂控制方法 | |
| CN113394764A (zh) | 一种基于fpga的功率波动抑制装置 | |
| CN100384052C (zh) | 电池充电器的充电控制方法及其电路 | |
| CN112821776B (zh) | 基于iiop拓扑的双主动全桥dc/dc变换器输出电流控制方法 | |
| Dong et al. | Control design and experimental verification of a multi-function single-phase bidirectional PWM converter for renewable energy systems | |
| CN116846196B (zh) | 一种应用于高增益变换器的控制电路 | |
| CN101969274A (zh) | 一种母线电压稳定控制装置 | |
| CN115425851B (zh) | 一种llc谐振变换器的控制方法 | |
| CN109194132B (zh) | 一种高频变压器温度场测试电源拓扑的控制方法 | |
| CN114928115A (zh) | 一种微电网中并联逆变器功率自动均衡控制方法及系统 | |
| Laoprom et al. | Voltage Control with PI Controller for Four Phase Interleaved Boost Converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |