基于FPGA的光伏并网逆变器控制系统设计

发布时间：2020-07-27 16:14

【摘要】：光伏发电并网技术是一种利用太阳能转换为电能的技术。本课题就是研究设计开发高效的、高性能的基于FPGA光伏发电并网逆变器控制系统,具有重要的社会意义和较大的经济意义。本课题以光伏并网逆变系统为研究对象,围绕光伏并网控制系统的结构、最大功率点跟踪(MPPT)技术、逆变器的SVPWM控制等关键问题,从控制策略的分析比较、有关算法的MATLAB仿真、控制系统的FPGA硬件实现等方面,进行了较为深入的研究,主要研究内容和结论如下:首先在概括介绍光伏产业发展现状的基础上,对光伏并网发电技术进行了综述,并简单介绍了光伏并网发电系统的类型及拓扑结构,指出了光伏并网逆变控制系统的主要技术难点。接着分析了光伏并网发电系统的工作原理,并对各组成部分进行了设计仿真,包括光伏电池的特性研究及设计仿真,DC-DC变换器、锁相环原理及设计仿真,桥式逆变电路设计及选择等内容。针对MPPT实现方式,首先对各种基于采样数据的直接MPPT控制算法、人工智能MPPT控制算法进行了分析比较。在此基础上提出了一种改进型的电导增量MPPT算法,较传统的电导增量MPPT算法,增加了全微分和变步长,可以快速准确地追踪到最大功率点,减少了追踪范围和时间,避免了在最大功率点附近的反复震荡,减小了系统误差,使系统运行效果优良,并且容易在FPGA芯片上实现。对于光伏并网逆变器控制方式的问题,介绍了电压外环,电流内环的双闭环控。PWM调制方式采用空间矢量脉宽调制方式。最终通过SVPWM来驱动开关管实现逆变过程。经过分析研究,验证了设计的可行性。最后,对光伏并网逆变系统的FPGA实现进行了研究,包括MPPT模块和SVPWM的设计、Verilog HDL编程、仿真和硬件验证。实验结果表明,有关程序设计时是正确的,在FPGA中实现了最大功率跟踪及SVPWM调制功能,相对于DSP实现的系统,FPGA控制系统的可靠性高、实时性强、能源转换效率高、系统稳定性好,并且可现场编程、在线升级。
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM464
【图文】：

图 1-1 全球年度累计光伏装机容量统计图2 国内发展现状与国际上其他国家相比较，我国开始光伏产业的时间还是相对较短，，但是这并没有影响其发展。通过国内各企业及技术人员的不懈努力

单级式光伏并网系统结构

图 1-3 双极并网发电系统相对于单级式光伏并网系统，两级式在光伏阵列和逆变器之间增加了一个DC/DC 变换器。通过 DC/DC 变换器可以将光伏阵列输出的直流电压经过一系列调节得到逆变器所需的电压等级，且最大功率点追踪可以由 DC/DC 变换器来完

【参考文献】

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本文编号：2772071