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燃料电池作为绿色能源之一,具有节省能源和保护环境的优点,愈来愈受到重视。燃料电池产生的是直流电,而且燃料电池工作时发生各种各样的电压损失,因此燃料电池的使用必须通过功率转换的环节。由于数字化控制技术带来的优势,功率调节系统控制技术的研究趋势是用数字化控制来迅速提升系统的性能。为此,本文以数字信号处理器(TMS320F2812 DSP)为控制核心设计燃料电池电站的功率调节系统,研究逆变式功率转换的DSP控制技术,对系统输出波形和输出特性进行了深入研究。
论文首先根据非线性控制理论基础和逆变系统的非线性,建立了适应复杂载荷的三相逆变电源的状态空间模型。根据燃料电池电站容量和燃料电池输出电压一电流特性,建立了两种主电路拓扑结构。通过Matlab仿真分析,选择燃料电池子系统和逆变系统直接连接的主电路拓扑方式,并对主电路参数进行了设计。
系统建立了以TMS320F2812为主控芯片的电流内环电压瞬时值外环的双闭环控制的硬件电路,通过DSP的数字化PI控制策略实现SPWM调制。通过控制系统软件设计,实现DSP对功率调节系统的SPWM部分、死区部分,以及电流电压瞬时值部分的全数字化控制。
根据系统采用的数字化PI控制策略,在研制的50kW级燃料电池电站功率调节系统平台上对PI控制的参数进行了整定。通过大量的实验分析了在不同负载的情况下系统输出的电压电流的稳态和动态波形,对SPWM调制的电压波形输出的死区效应进行了分析,并对死区进行了补偿,得到了理想的电压输出波形。通过理论分析和实验验证,本文采用的控制方法和策略是可行的。