基于FPGA的光伏并网微逆变器系统的研究与设计

【摘要】：分散式微型并网光伏系统，特别是光伏建筑一体化（Building Integrated PV，BIPV）发电系统，由于资金投入少、建设周期短、占地面积小、政策支持力度大等优点，已成为并网光伏发电的主流。微型逆变器（Micro-inverter，MI）是微型光伏并网发电系统的核心部分，其工作效率的高低、输出波形质量的好坏以及运行的可靠性直接决定系统性能的好坏。因此，对于光伏并网微型逆变器的研究具有很高的工程应用价值。 首先，本文研究了光伏电池的基本结构及工作原理，并得到其工程用数学模型，接着搭建了基于Matlab/Simulink仿真平台的仿真模型，通过仿真结果验证了该模型可以模拟光伏电池在各种环境条件下的运行状况。 其次，本文分析研究了几种常用的最大功率点跟踪控制算法，然后从快速性及精确性两方面考虑，结合进退法和黄金分割法等寻优算法，提出了一种新型的最大功率点跟踪算法，该算法解决了能量振荡损耗问题，仿真结果验证了该算法的可行性。 接着，根据MI的体积小，效率高等特点，选用了高频变压器隔离型两级功率变换拓扑，前级电路采用DC/DC拓扑，后级电路采用DC/AC拓扑，此外，本文还提出了一种新型的基于软开关技术的反激式变换电路，并将该电路应用于前级DC/DC拓扑结构以降低功率开关管的高频损耗。 然后，介绍了所设计的光伏并网MI系统结构，之后建立了该系统的控制模型，对系统的控制策略进行了研究与设计，分析了PI控制、PR控制及准PR控制，对比了其优缺点，最后对PI控制及准PR控制进行了仿真验证分析。仿真结果表明，准PR控制器具有更小的稳态误差以及更强的抗干扰能力。 最后，以ALTERA公司的Cyclone IV器件系列中型号为EP4CE10E22C8N的FPGA芯片为控制电路核心，对光伏并网MI系统进行了软硬件设计。 【关键词】：光伏并网微型逆变器 最大功率点跟踪算法 拓扑结构 准PR控制 FPGA
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究发展现状11-12
• 1.3 微逆变器关键技术12-15
• 1.4 主要研究内容及章节安排15-17
• 第2章 光伏电池的数学建模及其仿真分析17-28
• 2.1 光伏电池的基本结构及工作原理17-18
• 2.2 光伏电池的等值电路及数学模型18-21
• 2.3 光伏电池仿真模型的建立21-24
• 2.4 光伏电池输出特性仿真及分析24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 光伏并网发电系统最大功率点跟踪控制技术的研究28-58
• 3.1 最大功率点跟踪控制的基本原理28-31
• 3.2 最大功率点跟踪控制算法的比较分析31-51
• 3.2.1 恒电压控制法研究31-32
• 3.2.2 扰动观察法研究及仿真分析32-42
• 3.2.3 电导增量法研究及仿真分析42-49
• 3.2.4 各种 MPPT 控制法优缺点比较49-51
• 3.3 一种新型的基于进退法和黄金分割法的 MPPT 控制研究51-57
• 3.3.1 进退法原理51-53
• 3.3.2 黄金分割法原理53-54
• 3.3.3 新型的基于进退法和黄金分割法的 MPPT 控制方式54-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第4章 光伏并网微逆变器系统的拓扑结构分析与设计58-67
• 4.1 光伏并网微逆变器的拓扑方案分析与选择59-61
• 4.1.1 DC/DC 拓扑结构分析与选择59-60
• 4.1.2 DC/AC 拓扑结构分析与选择60-61
• 4.2 新型基于软开关技术的反激式变换电路分析与设计61-66
• 4.2.1 反激式变换电路拓扑结构61
• 4.2.2 反激式变换电路工作原理61-66
• 4.2.3 新型基于软开关技术的反激式变换电路的特点66
• 4.3 本章小结66-67
• 第5章 光伏并网微逆变器系统的控制策略研究67-82
• 5.1 光伏并网微逆变器系统结构67-68
• 5.2 光伏并网微逆变器系统模型及控制策略68-76
• 5.2.1 系统模型的建立68-70
• 5.2.2 系统控制策略的研究与设计70-76
• 5.3 仿真分析76-81
• 5.4 本章小结81-82
• 第6章 光伏并网微逆变器软硬件设计82-97
• 6.1 光伏并网微逆变器硬件设计82-93
• 6.1.1 总体设计方案及技术指标82-83
• 6.1.2 主电路设计83-86
• 6.1.3 控制电路设计86-87
• 6.1.4 驱动电路设计87-88
• 6.1.5 采样电路设计88-90
• 6.1.6 辅助电源电路设计90-91
• 6.1.7 保护电路设计91-92
• 6.1.8 抗干扰措施92-93
• 6.2 光伏并网微逆变器软件设计93-96
• 6.2.1 主程序模块94
• 6.2.2 AD 采样模块94-95
• 6.2.3 中断模块95-96
• 6.2.4 MPPT 算法模块96
• 6.3 本章小结96-97
• 第7章 总结与展望97-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-101

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