基于FPGA的光伏并网发电系统中DC-AC控制器研究

摘要

随着传统能源的日益枯竭，新兴能源的开发利用受到了越来越多的关注。作为人类可以利用的最丰富的新能源之一的太阳能，因为其清洁无污染的优点，近年来成为了研究的热点。光伏并网发电是人类利用太阳能的最重要的形式之一。光伏并网发电技术的日益成熟是发展太阳能发电的基础，研究成本较低、可靠性较高、控制灵活和保护可靠的光伏并网发电系统是光伏并网发电技术发展的必然要求。
　　光伏发电系统一般由太阳能电池组件、控制器、逆变器和负载组成。其中，逆变器是整个系统的核心功率调节器件，有着较高的技术含量。太阳能电池阵列产生的不稳定的直流电能将作为并网逆变器的输入，经DC-DC环节实现最大功率跟踪，而DC-AC环节将直流电能逆变成与大电网同频同相的交流电能，利用合适的控制策略，使得各项指标符合并网要求后才能实现并网运行。因此，研究运行可靠性高、输出性能良好的光伏并网逆变器是保证光伏并网发电系统稳定运行的关键之一，同时对光伏并网发电技术发展也有着重大的意义。
　　论文首先研究太阳能电池组件，通过搭建太阳能电池的等效电路和数学模型，研究了温度和日照强度等因素对其特性曲线的影响。论文在分析和比较了几种常用的最大功率跟踪算法之后选择了一种改进型单变量电导增量法进行研究。论文研究的重点是并网光伏发电系统中的DC-AC控制器，对一些常见的逆变控制策略和孤岛检测方法进行了理论研究，分析了各种方法的优劣，在此基础上选择重复电压(电流)控制算法在MATLAB中建立相关的模型并进行仿真分析。最后，采用Altera公司的CycloneⅡ EP2C5FPGA芯片作为主要控制芯片，研制一台光伏逆变器实验样机。在实验平台上进行SPWM控制程序的实验验证，比较在不同滤波器参数和不同开关频率下逆变器输出波形的差异。