基于FPGA的光伏发电并网控制研究

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我国光伏发电应用比较广泛,但是存在着太阳能发电效率不高,富裕电能浪费等问题,而两级光伏并网发电系统则可解决这些问题,适用于中小功率并网发电系统。本文以两级光伏并网发电系统为研究对象,围绕最大功率点跟踪、并网控制以及功率变换等关键问题,进行了比较深入的研究,主要研究内容和结论如下:为研究光伏并网发电控制,首先建立了一种两级光伏发电并网控制模型。研究了光伏并网发电技术中的光伏电池问题,比较了最大功率点跟踪技术,讨论了各种并网逆变电路及其控制策略的优劣。针对两级光伏并网发电系统功率变换电路,首先阐述了变换电路的组成,接着对DC-DC变换电路和DC-AC变换电路进行了分析与比较,最后进行了DC-DC变换电路和DC-AC变换电路的设计与仿真。根据仿真输出的正弦波波形,可确定电路设计的正确性。针对传统最大功率点算法在稳态振荡、跟踪速度慢的问题,研究了一种改进型电导增量法,用MATLAB仿真模拟其性能与传统电导增量法的差异,验证了改进型MPPT算法的有效性。用Verilog HDL在FPGA芯片实现了改进型MPPT算法,经过仿真与硬件验证与测试,证明了该设计的正确性,并提高了系统的跟踪速度和稳定性。针对并网控制,经过仿真对比分析,本系统选择了一种改进型双闭环PI与SVPWM调制相结合的控制策略,并提出了一种用FPGA产生SVPWM来实现DC-AC逆变控制的设计方法,该方法以40 kHz开关频率运行5段不连续SVPWM,简化了使用不连续SVPWM的执行过程。用Verilog HDL进行了SVPWM的编程与仿真,最后进行了硬件验证与测试。仿真和硬件结果,证明了程序设计的正确性。
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