[發明專利]基于FPGA的太陽能光伏并網逆變控制系統

無效

• 申請號: 201110057738.8
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102142693A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 楊清宇;張子光;邢志勐;葛思擘;莊健
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J13/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于太陽能光伏發電技術領域，具體地說，涉及一種基于FPGA的太陽能光伏并網逆變控制系統。

背景技術

隨著能源危機的加重，世界各國都在積極發展新能源，太陽能作為一種清潔、無污染和可再生性的新能源，受到世界各國的重視。光伏發電是開發利用太陽能的一個重要的方向。國內外，政府的政策支持和消費者對綠色電力的偏愛使得光伏能源市場正在快速的擴張，美國的“百萬屋頂計劃”、日本的“陽光計劃”、德國的“10萬屋頂發電計劃”都取得了重大進展，英國通過立法要求可再生能源發電必須占到電力的一定比例。我國近年來也已開始進行試點和示范，光伏發電產業取得了長足的發展。

伴隨著光伏發電產業的蓬勃發展，光伏發電系統并網發電是現在的發展趨勢。但是光伏發電能量密度低、穩定性差和調節能力差，因此如何解決光伏并網發電調度性差的問題成為目前的研究熱點。

解決光伏發電調度性的關鍵在于如何準確快速的預測光伏并網逆變系統的輸出功率。目前國內在該方面的研究主要是針對大中型的光伏電站，根據歷史數據和簡單的日模型預測光伏并網逆變系統的輸出功率。上述方法運算量大，難于在常見的控制芯片上實現。

本系統采用基于BP神經網絡的功率預測算法，一方面，將在FPGA上實現的基于卡爾曼濾波與演化建模結合的氣候預測方法的氣候預測結果作為輸入，大大減少了功率預測的計算量；另一方面，充分考慮了氣象因素及系統當前的運行效率，從而使得功率預測值更為準確。該方法計算量小，易于在常見控制芯片上實現。

發明內容

本發明的目的是在于提供基于FPGA的太陽能光伏并網逆變控制系統，實現對戶用光伏并網逆變系統的發電功率進行預測以及與電網調度中心的通信，增強戶用光伏發電的可調度性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于FPGA的太陽能光伏并網逆變控制系統，包括信號檢測電路、控制電路、通信電路、并網電路和驅動電路，信號檢測電路、通信電路、并網電路的控制信號輸入端以及驅動電路的輸入端分別與控制電路連接，控制系統的通信電路與電網調度中心連接，并網電路的兩端分別連接逆變器的低通濾波電路和電網，驅動電路的輸出端與逆變器的逆變直流升壓電路和逆變電路的控制信號輸入端連接。

所述信號檢測電路包括傳感器、前端調理電路、模擬開關ADG704和模數轉換芯片ADS8364，傳感器與前端調理電路連接，前端調理電路輸出端通過模擬開關與數模轉換芯片的輸入通道連接，在此，前端調理電路是由運算放大器AD620組成的濾波放大電路。

所述控制電路采用Xilinx高性能Virtex-5系列現場可編程邏輯器件XC5VLX110T作為主處理芯片，并在該芯片上使用硬件描述語言VerilogHDL實現控制算法和基于BP神經網絡的功率預測算法。

所述通信電路包括物理層網絡芯片M88E1111和Halo?HFJ11-1G01ERJ-45，M88E1111的數據接收管腳RXD0～RXD7與控制電路的數據接收端口連接，M88E1111的數據發送管腳TXD0～TXD7與控制電路的數據發送端口連接，M88E1111的控制管腳與控制電路的通信控制端口連接，M88E1111通過RJ-45與電網調度網絡連接，實現TCP/IP通信協議下的網絡通信。

所述并網電路包括雙向晶閘管和光耦隔離器，三個雙向晶閘管輸入端分別與逆變器的a相、b相、c相連接，輸出端依次與電網的a相、b相、c相連接，雙向晶閘管的控制端通過光耦隔離器6N137與控制電路的并網控制信號輸出端口連接。

所述驅動電路包括驅動芯片和光耦隔離器，驅動芯片的輸入端經過光耦隔離器與控制電路的PWM輸出端口連接，輸出端與逆變器的開關器件控制端連接。

本發明的特點是：

1.實現對戶用光伏逆變并網發電系統的發電功率預測

本系統采用基于BP神經網絡的功率預測算法，該算法將信號檢測電路采集的t時刻的光照強度和溫度、逆變系統t時刻的并網電壓和并網電流、天氣類型、氣候預測的t+1時刻的光照強度和溫度、電池板的額定功率作為輸入，充分考慮了氣象因素及系統當前的運行效率，從而使得功率預測值更為準確。電網調度部門可以根據預測結果，統籌安排常規電源和光伏發電的協調配合，及時調整調度計劃，合理安排電網運行方式，提高電力系統運行的安全性和穩定性，降低電力系統的運行成本，充分利用太陽能資源。

2.實現與電網調度中心的通信