工业的发展与经济的全球化,使得传统能源日益枯竭。同时,化石能源消费产生温室效应、环境污染等问题。而太阳能储量巨大,是重要的绿色可再生能源之一。光伏发电是利用太阳能的重要方式,具有安装方便、维护简单、无振动噪声等优点。光伏产业的快速发展,可以取得良好的社会效益和经济效益,具有广阔的市场空间和发展前景。如何提升光伏组件的发电效率、降低光伏发电成本、实现并网功率的最大化、确保并网电能质量等是光伏发电产业要解决的系列技术问题。光伏电池的工程模型、最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)和逆变器的并网控制方法是光伏发电逆变系统的核心技术,本文采用模糊控制策略和数字集成电路设计方法深入地研究有关内容和问题。常规光伏电池模型从物理方程出发,给出的解析法难以兼顾精确性和工程实用性。本文采用分数阶模糊控制(Fractional Order Fuzzy Logic Control,FOFLC)方法来解决这个问题,并且给出了分数阶光伏电池模型及模糊控制的李亚普诺夫稳定条件。基于太阳能电池的光生电流(Photo-Current)穿越半导体PN能带,推导出光伏电池的扩散电流分数阶解析式。采用光伏功率与电压变化的误差及误差率作为模糊控制输入端,并结合光伏功率与电压变化分数阶导数,建立方程的近似关系式(Grünwald–Letnikov导数)。这样,把光伏电池分数阶模型的精确性与模糊控制的快速性及鲁棒性结合起来。各种仿真和实验数据表明了该算法的先进性和稳定性。传统扰动/爬山、增量电导等最大功率点跟踪方法存在功率振荡及难于适应剧变的天气情况,本文提出了可变精度的模糊处理与控制方法,并且设计了可变精度的模糊控制器(Scalable Fuzzy Logic Controller,SFLC),从而克服了传统光伏系统最大功率点跟踪算法的缺点。利用模糊基函数(Fuzzy Base Function),设计了可变精度的模糊控制器(SFLC),采用不同的模糊精度因子(Fuzzy Accuracy Factor)来优化跟踪器的性能。并且研究了光伏逆变器的电路拓扑,设计了Boost电路数字化在线测量与控制的解决方案。基于AD7656芯片,采样光伏组件的直流参数(电压、电流),提出了FPGA(Field Programmable Gate Array)数字化模糊处理及控制方法。在数字化的FPGA实验控制平台上,证实了该理论的正确性和鲁棒性。光伏电池的物理特性和最大功率点(MPP)受到光照度、温度、电导率等非线性因素影响,进行光伏系统最大功率算法控制存在一定难点。为了克服扰动观察、增量电导、常规模糊控制等传统算法存在振荡损失能量、可能局部无效等缺点,进一步提出了SFLC可变精度模糊MPPT算法设计准则,把模糊控制的鲁棒性和可变精度的快速性有效结合起来。MPPT在初始条件或者变化的天气下需要快速性,而在稳态时需要较高的跟踪精度。这样,可变精度模糊控制MPPT与电流环数字电路控制就结合起来。数字化设计的SFLC,有利于FPGA简化了对Boost电路的实时控制。这种模糊控制方法,克服了负载扰动等不利因素,改善了控制器的动态跟踪性能,降低了稳态跟踪误差,因而提高了光伏发电的效率。逆变器并网需要考虑天气因素(光照度、温度)或者负载条件变化而引起的波动,控制不当会降低并网功率和效率,并且会影响并网电能质量和电网的稳定性。分数阶模糊同步(FOFLC)是基于FPGA电路的数字并网控制,设计的分数阶模糊数字集成电路,有利于实现并网控制的高精度和鲁棒性。分数阶模糊同步控制也有利于逆变交流输入端电压的平稳耦合。同时,基于FPGA设计的数字采样滤波器,有助于克服电网幅值变化的干扰,减少系统产生的稳态误差。分数阶模糊控制,使得并网电流控制更加精细,输出更高质量的电能,从而使得并网功率和效率最大化。基于FPGA(Altera公司Cyclone V系列)的采集和控制电路,搭建了逆变并网功率试验平台,验证了分数阶模糊并网算法的先进性及可靠性。研究当前主流的单相光伏逆变器电路,设计了基于FPGA控制的光伏逆变器。不仅设计了FPGA控制的数字电路硬件,也设计了模糊控制的软件系统。这种采用数字集成电路设计方法与单芯片FPGA一体化控制方案,使得逆变器体积小、精度高、实时性强、集成度及转换效率更高,从而代表光伏逆变技术未来的发展趋势。