基於fpga的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統及方法
2023-05-31 03:27:26 1
基於fpga的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統及方法
【專利摘要】一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統，其特徵在於它包括光伏陣列、Boost直流變換單元、DC/AC交流變換單元、濾波單元、接口電路、顯示單元和中央處理單元；其工作方法包括：電壓電流信號採集、檢測、計算和顯示；其優越性在於：①精度高，通用性強；②所需變量較少，易於實現；③硬體採用高性能的XC4VSX35型號的FPGA，可以進行高速運算，並提供準確的運算結果。
【專利說明】基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統及方法
(一)【技術領域】:
[0001]本發明用於併網光伏系統，涉及控制理論以及光伏併網【技術領域】，尤其一種基於
FPGA (FieldProgrammableGateArray-現場可編程邏輯門陣列)的併網光伏系統小幹擾
穩定性判斷系統及方法。
(二)【背景技術】:
[0002]由於世界能源緊缺和環境汙染問題日益嚴重，光伏發電越來越受到全世界的廣泛關注。光伏併網發電是世界光伏發電技術的發展趨勢，是光伏產業步入大規模應用階段，並成為電力工業核心部分的重要技術步驟。隨著我國對光伏併網發電技術的不斷重視和大力扶持，光伏併網發電將成為未來電力市場的一個重要組成部分。光伏發電同時作為分布式能源的一種，也是微網的重要組成部分。建設堅強的智能電網，更離不開光伏發電的支持。如今，併網光伏系統正在快速、成熟的發展，在電力系統的各方面都發揮著更加重要的作用。
[0003]大型化和規模化是目前光伏產業重要的發展趨勢。目前制約光伏併網系統進一步迅猛發展的兩個重要因素是光伏發電的間歇性和穩定性問題。由於併網光伏發電日趨重要，對光伏系統穩定的研究逐漸成為熱點。光伏系統無時無刻不在遭受著小的擾動，一個系統想要穩定，首先要保證它的小幹擾穩定性。因此，不少研究人員開始對光伏系統的小幹擾穩定性進行分析。有些研究建立了光伏發電的單機無窮大系統模型，研究了大規模光伏發電對系統小幹擾振蕩特性的影響。有些對光伏發電獨立運行進行了特徵值和特徵值靈敏度分析，計算了系統穩定邊界。有些建立了利用LCL濾波的三相光伏濾波器的小幹擾模型，研究了光伏電池輸出電壓、功率變化時對控制環靈敏度的影響，並進行了實驗驗證。這些分析併網光伏系統穩定性的研究，具有一些局限性:
[0004](I)沒有詳細考慮光伏電池組的數學模型和併網逆變器控制模型。
[0005](2)缺少對光伏發電系統穩定性的機理分析，也沒有設計合適的控制器參數。
(三)
【發明內容】
:
[0006]本發明的目的在於設計一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統及方法，它可以克服現有技術的不足，是一種結構簡單，易操作，系統穩定性高的系統，且工作方法簡單，可以準確地判斷併網光伏系統穩定，並可以以此為依據，優化控制器參數。
[0007]本發明的技術方案:一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統,包括電網，其特徵在於它包括光伏陣列、Boost直流變換單元、DC/AC交流變換單元、濾波單元、接口電路、顯示單元和中央處理單元；其中，所述Boost直流變換單元的輸入端接收光伏陣列的輸出電流，其輸出端與DC/AC交流變換單元的輸入端連接；所述濾波單元的輸入端連接DC/AC交流變換單元的輸出端，其輸出端與電網相連；所述接口電路採集信號輸出給中央處理單元，所述中央處理單元的輸出端連接顯示單元。
[0008]所述濾波單元是LC濾波器。[0009]所述接口電路由電壓電流採樣單元1、電壓電流採樣單元2和電網電壓頻率相位檢測單元構成；其中，所述電壓電流採集單元I的輸入端連接Boost直流變換單元的輸出端，採集電壓電流信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端；所述電壓電流採集單元2的輸入端連接濾波單元的輸出端，採集電壓電流信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端；所述電網電壓頻率相位檢測單元的輸入端連接電網，採集電網的電壓頻率相位信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端。
[0010]所述中央處理單元由Xilinx公司的virtex-4系列FPGA晶片
[0011]XC4VSX35構成Jy^iXilinx公司Virtex-4系列FPGA是採用高級矽模塊架構、高性能RISC的CPU、嵌入式塊RAM，高速串行I/O 口、包含兩個DSP48、18X18位乘法器跟隨48位累加器的可以作為通用DSP算法架構基礎的帶USB接口、F13管腳、F14管腳和A16管腳的FPGA晶片。
[0012]所述顯示單元是液晶顯示器。
[0013]一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統的工作方法，其特徵在於包括以下步驟:[0014](I)電壓電流採集單元I和電壓電流採集單元2分別採集Boost直流變換單元和DC/AC交流變換單元輸出直流電壓、電流信號，將其分別送入FPGA晶片的F13管腳和F14管腳；
[0015](2)中央處理單元的FPGA晶片的A16管腳通過電網電壓頻率相位檢測單元接收電網中的電壓頻率檢測信號；
[0016](3)中央處理單元的FPGA晶片F13管腳和F14管腳接收步驟(1)、(2)的信號，並進行併網光伏系統特徵值矩陣的計算，得到特徵值的符號及大小；
[0017](4)中央處理單元通過USB接口將步驟(3)得到的特徵值大小在顯示單元上顯示。
[0018]所述步驟(3)的併網光伏系統特徵值的計算方法由以下步驟構成:
[0019]①建立併網光伏系統數學模型，包括工程用太陽能電池模型，逆變器控制模型:
[0020]建立工程用太陽能電池模型，標準測試條件為:
[0021]Sref= 1000ff/m2, Tref=25°C
[0022]貝U，光伏電池四個電氣參數ISCMf、Uocref、Imref和Umref的關係如下所示:
【權利要求】
1.一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統，包括電網，其特徵在於它包括光伏陣列、Boost直流變換單元、DC/AC交流變換單元、濾波單元、接口電路、顯示單元和中央處理單元；其中，所述Boost直流變換單元的輸入端接收光伏陣列的輸出電流，其輸出端與DC/AC交流變換單元的輸入端連接；所述濾波單元的輸入端連接DC/AC交流變換單元的輸出端，其輸出端與電網相連；所述接口電路採集信號輸出給中央處理單元，所述中央處理單元的輸出端連接顯示單元。
2.根據權利要求1所述一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統，其特徵在於所述濾波單元是LC濾波器。
3.根據權利要求1所述一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統，其特徵在於所述接口電路由電壓電流採樣單元1、電壓電流採樣單元2和電網電壓頻率相位檢測單元構成；其中，所述電壓電流採集單元I的輸入端連接Boost直流變換單元的輸出端,採集電壓電流信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端；所述電壓電流採集單元2的輸入端連接濾波單元的輸出端，採集電壓電流信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端；所述電網電壓頻率相位檢測單元的輸入端連接電網，採集電網的電壓頻率相位信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端。
4.根據權利要求1所述一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統，其特徵在於所述中央處理單元由Xilinx公司的virtex-4系列FPGA晶片XC4VSX35構成；所述XiIinx公司Virtex-4系列FPGA是採用高級矽模塊架構、高性能RISC的CPU、嵌入式塊RAM，高速串行I/O 口、包含兩個DSP48、18X18位乘法器跟隨48位累加器的可以作為通用DSP算法架構基礎的帶USB接口、F13管腳、F14管腳和A16管腳的FPGA晶片。
5.根據權利要求1所述一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統，其特徵在於所述顯示單元是液晶顯示器。
6.一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統的工作方法,其特徵在於包括以下步驟:` (1)電壓電流採集單元I和電壓電流採集單元2分別採集Boost直流變換單元和DC/AC交流變換單元輸出直流電壓、電流信號，將其分別送入FPGA晶片的F13管腳和F14管腳； (2)中央處理單元的FPGA晶片的A16管腳通過電網電壓頻率相位檢測單元接收電網中的電壓頻率檢測信號； (3)中央處理單元的FPGA晶片F13管腳和F14管腳接收步驟(1)、(2)的信號，並進行併網光伏系統特徵值矩陣的計算，得到特徵值的符號及大小； (4 )中央處理單元通過USB接口將步驟(3 )得到的特徵值大小在顯示單元上顯示。
7.根據權利要求6所述一種基於FPGA的併網光伏系統小幹擾穩定性判斷系統的工作方法，其特徵在於所述步驟(3)的併網光伏系統特徵值的計算方法由以下步驟構成: ①建立併網光伏系統數學模型，包括工程用太陽能電池模型，逆變器控制模型: 建立工程用太陽能電池模型，標準測試條件為:
Sref=1000ff/m2, Tref=25°C 貝1J，光伏電池四個電氣參數Imref和Umref的關係如下所不:
【文檔編號】G06F19/00GK103532167SQ201310464280
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】周雪松, 吳家瑞, 馬幼捷, 李季, 李超, 徐曉寧, 陳墨, 侯兆豪, 吳浩 申請人:天津理工大學