基于FPGA的光伏并网微逆变器系统的研究与设计

作     者：胡龙龙 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江智军

授予年度：2014年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：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 

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。