基于FPGA的微型逆变器光伏并网发电系统的研究与设计

摘要

21世纪以来由于全球能源紧缺及环境污染等问题的日益加重，太阳能作为绿色清洁能源之一，正逐渐从替代能源向基础能源迈进。光伏发电已成为全世界关注与重点发展的新兴产业，光伏并网发电作为太阳能光伏利用的主要形式，必将得到迅速的发展。
　　传统的集中式光伏发电系统抗阴影能力差，系统容量扩展复杂，安装维护复杂，当光伏逆变器发生故障时，对整个发电系统造成影响大。分布式光伏发电系统采用的是光伏并网微逆变器，即每个光伏板配备一个独立的微逆变器，它具有发电效率高，安装简单，热插拔，容易实现最大功率点跟踪等优点。
　　首先，本文研究了针对光伏发电系统的最大功率跟踪技术。如恒电压法、扰动观察法、电导增量法等，做了相关分析与比较。
　　其次，对微型光伏逆变器的选择做了细致的研究，提出一种基于CCM的反激型逆变器拓扑，前级DC/DC采用交错并联反激变换器，后级DC/AC采用的是全桥逆变电路，控制方法简单，功率传输效率高，并网发电效率高。
　　再次，搭建了基于Matlab/Simulink平台的光伏并网发电系统整体仿真模型，对整个系统的性能进行了仿真分析和验证，并且，对处于孤岛状态时的系统也进行了详细的仿真和分析。
　　最后，根据并网光伏微逆变器的技术参数，采用ALTERA公司生产的FPGA中Cyclone IV系列EP4CE10E22C8N的芯片做为控制电路核心，进行了软硬件设计，并在第三方仿真平台Modelsim上，对采用的软件算法进行了验证，仿真结果也验证了算法的正确性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究发展现状

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的结构安排

第2章 光伏阵列的拓扑与MPPT控制方法的研究

2.1 光伏电池的等值电路及数学模型

2.2 最大功率点跟踪控制的基本原理

2.3 最大功率点跟踪控制算法的比较分析

2.4 本章小结

第3章 光伏并网微逆变器拓扑结构

3.1 概述

3.2 反激变换器的工作原理

3.3 DC/AC变换器的工作原理

3.4 微逆变器系统拓扑结构的选取

3.5 本章小结

第4章 光伏并网发电系统设计与仿真

4.1 光伏电池的建模及最大功率跟踪仿真

4.2 系统模型仿真

4.3 孤岛检测技术及其仿真

4.4 本章小结

第5章 光伏并网微逆变器软硬件设计

5.1 光伏并网微逆变器硬件设计

5.2 光伏并网微逆变器软件设计

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献