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近年来,传统化石燃料的能源枯竭和环境污染问题日益突出,太阳能、风能等清洁新能源的研发利用得到快速发展。我国光伏产业发展迅速,但受产业政策及电网配套设施建设不健全等因素影响,国内光伏电池安装量极少,光伏并网技术相对于发达国家水平仍有不小差距。本文基于实验室设计的单相光伏并网发电系统为实验平台,系统控制方案采用FPGA作为主控制器,对并网发电的MPPT、锁频/锁相、谐波分析、孤岛检测等关键技术在FPGA中的实现方法进行了研究。本文主要内容为:
(1)详细分析了并网逆变器各功能组件的工作原理及控制方法。首先介绍了Boost变换器升压原理及在系统中的作用,接着介绍了全桥逆变器的换流过程并对其SPWM和SVPWM调制方法进行了比较分析,同时对整个系统的并网控制策略进行了详细的分析。
(2)重点介绍了并网逆变器基于FPGA的控制实现过程。首先对基于FPGA设计的反馈采样电路进行了介绍;接着在比较了常用的MPPT方法之后,提出了本文所使用的双阈值判断变步长扰动观察法;最后详细分析了并网控制中锁相环的实现过程,其中,提出了一种比较新颖的生成过零检测方波的方法用于频率和相位测量。
(3)对发电系统并网的监测管理实现方法进行了详细介绍。主要给出了在FPGA中谐波检测与抑制、孤岛保护、电能双向计量的实现过程,最后针对系统上层的智能管理终端,介绍了FPGA与ARM之间的串行通信方式。
(4)对5kW光伏并网发电系统实验平台的搭建和所做实验内容进行了介绍,并对MPPT、过零方波信号、并网电压/电流、谐波分析、双向计量等实验结果进行了分析,验证了本文基于FPGA的控制策略和实现方法的合理性与实用性。