基于FPGA的光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)的研究與設(shè)計

【摘要】：分散式微型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，特別是光伏建筑一體化（Building Integrated PV，BIPV）發(fā)電系統(tǒng)，由于資金投入少、建設(shè)周期短、占地面積小、政策支持力度大等優(yōu)點，已成為并網(wǎng)光伏發(fā)電的主流。微型逆變器（Micro-inverter，MI）是微型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其工作效率的高低、輸出波形質(zhì)量的好壞以及運行的可靠性直接決定系統(tǒng)性能的好壞。因此，對于光伏并網(wǎng)微型逆變器的研究具有很高的工程應(yīng)用價值。 首先，本文研究了光伏電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，并得到其工程用數(shù)學(xué)模型，接著搭建了基于Matlab/Simulink仿真平臺的仿真模型，通過仿真結(jié)果驗證了該模型可以模擬光伏電池在各種環(huán)境條件下的運行狀況。 其次，本文分析研究了幾種常用的最大功率點跟蹤控制算法，然后從快速性及精確性兩方面考慮，結(jié)合進退法和黃金分割法等尋優(yōu)算法，提出了一種新型的最大功率點跟蹤算法，該算法解決了能量振蕩損耗問題，仿真結(jié)果驗證了該算法的可行性。 接著，根據(jù)MI的體積小，效率高等特點，選用了高頻變壓器隔離型兩級功率變換拓?fù)?，前級電路采用DC/DC拓?fù)洌蠹夒娐凡捎肈C/AC拓?fù)?，此外，本文還提出了一種新型的基于軟開關(guān)技術(shù)的反激式變換電路，并將該電路應(yīng)用于前級DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以降低功率開關(guān)管的高頻損耗。 然后，介紹了所設(shè)計的光伏并網(wǎng)MI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，之后建立了該系統(tǒng)的控制模型，對系統(tǒng)的控制策略進行了研究與設(shè)計，分析了PI控制、PR控制及準(zhǔn)PR控制，對比了其優(yōu)缺點，最后對PI控制及準(zhǔn)PR控制進行了仿真驗證分析。仿真結(jié)果表明，準(zhǔn)PR控制器具有更小的穩(wěn)態(tài)誤差以及更強的抗干擾能力。 最后，以ALTERA公司的Cyclone IV器件系列中型號為EP4CE10E22C8N的FPGA芯片為控制電路核心，對光伏并網(wǎng)MI系統(tǒng)進行了軟硬件設(shè)計。 【關(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)微型逆變器 最大功率點跟蹤算法 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 準(zhǔn)PR控制 FPGA
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM464
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-11
• 1.2 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 微逆變器關(guān)鍵技術(shù)12-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第2章 光伏電池的數(shù)學(xué)建模及其仿真分析17-28
• 2.1 光伏電池的基本結(jié)構(gòu)及工作原理17-18
• 2.2 光伏電池的等值電路及數(shù)學(xué)模型18-21
• 2.3 光伏電池仿真模型的建立21-24
• 2.4 光伏電池輸出特性仿真及分析24-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤控制技術(shù)的研究28-58
• 3.1 最大功率點跟蹤控制的基本原理28-31
• 3.2 最大功率點跟蹤控制算法的比較分析31-51
• 3.2.1 恒電壓控制法研究31-32
• 3.2.2 擾動觀察法研究及仿真分析32-42
• 3.2.3 電導(dǎo)增量法研究及仿真分析42-49
• 3.2.4 各種 MPPT 控制法優(yōu)缺點比較49-51
• 3.3 一種新型的基于進退法和黃金分割法的 MPPT 控制研究51-57
• 3.3.1 進退法原理51-53
• 3.3.2 黃金分割法原理53-54
• 3.3.3 新型的基于進退法和黃金分割法的 MPPT 控制方式54-57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第4章 光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析與設(shè)計58-67
• 4.1 光伏并網(wǎng)微逆變器的拓?fù)浞桨阜治雠c選擇59-61
• 4.1.1 DC/DC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析與選擇59-60
• 4.1.2 DC/AC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析與選擇60-61
• 4.2 新型基于軟開關(guān)技術(shù)的反激式變換電路分析與設(shè)計61-66
• 4.2.1 反激式變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)61
• 4.2.2 反激式變換電路工作原理61-66
• 4.2.3 新型基于軟開關(guān)技術(shù)的反激式變換電路的特點66
• 4.3 本章小結(jié)66-67
• 第5章 光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)的控制策略研究67-82
• 5.1 光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)67-68
• 5.2 光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)模型及控制策略68-76
• 5.2.1 系統(tǒng)模型的建立68-70
• 5.2.2 系統(tǒng)控制策略的研究與設(shè)計70-76
• 5.3 仿真分析76-81
• 5.4 本章小結(jié)81-82
• 第6章 光伏并網(wǎng)微逆變器軟硬件設(shè)計82-97
• 6.1 光伏并網(wǎng)微逆變器硬件設(shè)計82-93
• 6.1.1 總體設(shè)計方案及技術(shù)指標(biāo)82-83
• 6.1.2 主電路設(shè)計83-86
• 6.1.3 控制電路設(shè)計86-87
• 6.1.4 驅(qū)動電路設(shè)計87-88
• 6.1.5 采樣電路設(shè)計88-90
• 6.1.6 輔助電源電路設(shè)計90-91
• 6.1.7 保護電路設(shè)計91-92
• 6.1.8 抗干擾措施92-93
• 6.2 光伏并網(wǎng)微逆變器軟件設(shè)計93-96
• 6.2.1 主程序模塊94
• 6.2.2 AD 采樣模塊94-95
• 6.2.3 中斷模塊95-96
• 6.2.4 MPPT 算法模塊96
• 6.3 本章小結(jié)96-97
• 第7章 總結(jié)與展望97-98
• 致謝98-99
• 參考文獻99-101

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