[發明專利]基于FPGA的光伏逆變控制裝置及無模型控制方法

無效

• 申請號: 201110393358.1
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102497125A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 吳建華;劉剛;楊海濤;崔雷
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;G05B13/04
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明涉及控制技術領域，特別涉及一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置及無模型方法。

背景技術

隨著光伏產業的高速發展，傳統模擬控制很難實現高精度的逆變輸出，而日新月異的數字化產品對光伏逆變裝置提供了新的設計工具。傳統模擬控制裝置存在以下缺點：控制電路復雜、元器件較多、不利于小型化；控制裝置靈活性很差，一旦控制裝置設計好之后，不易做出修改，調試不方便；模擬控制裝置很難實現新型的智能化控制方法，因此開發和使用現場可編程的數字化光伏逆變裝置具有廣泛的應用前景。針對光伏逆變電路的非線性特點，傳統的控制方法存在以下缺點：對于光伏逆變系統的非線性，建立精確的數學模型很困難，影響了控制器設計的有效性和可靠性；而且控制參數不易優化，控制器參數不能在線整定。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置及無模型控制方法，以達到使光伏逆變系統高效，可靠運行的目的。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置，包括可編程門陣列(FPGA)、同步動態隨機存儲器(SDRAM)和非易失性存儲器(FLASH)，其中，可編程門陣列(FPGA)包括嵌入式軟核(CPU)、角波電路、Avalon總線模塊和IO接口單元，其連接關系為：嵌入式軟核(CPU)及角波電路分別通過Avalon總線模塊與同步動態隨機存儲器(SDRAM)、非易失性存儲器(FLASH)連接。

采用基于FPGA的光伏逆變控制裝置進行光伏逆變的無模型控制方法，包括以下步驟：

步驟l：設置嵌入式軟核控制裝置的初始參數，所述的初始參數包括：光伏逆變系統負載端的當前周期期望輸出電壓y^*(k)、步長序列η_k、量化階因子ρ_k、權重因子λ、懲罰因子μ，光伏逆變系統的偽偏導數初值

步驟2：嵌入式軟核讀取角波電路產生的瞬時參考電壓值Q和由電壓傳感器采集到的光伏逆變系統負載端電壓值y(k)；

步驟3：確定系統的偽偏導數值，將偽偏導數初值帶入公式(1)：

式中，表示當前周期光伏逆變系統的偽偏導數，表示上一周期光伏逆變系統的偽偏導數，Δu(k-1)表示上一周期光伏逆變系統控制律的變化值，Δy(k)表示當前周期光伏逆變系統負載端電壓的變化值；

若或光伏逆變系統負載端的電壓變化值|Δu|＜ε，則偽偏導數取初始值否則偽偏導數的值由公式(1)計算獲得；

步驟4：計算控制律，公式如下：

式中，u(k)表示當前周期光伏逆變系統的控制律，u(k-1)表示上一周期光伏逆變系統的控制律，y^*(k+1)表示下一周期光伏逆變系統的期望輸出值；

步驟5：嵌入式軟核輸出PWM脈沖信號控制場效應管的關斷，方法為：若控制電壓u(k)大于或者等于瞬時參考電壓值Q，則調制PWM脈沖信號輸出為1，開啟場效應管，否則調制PWM脈沖信號輸出為0，關斷場效應管；

步驟3所述的ε取值為0.01；

步驟5所述調制PWM脈沖信號輸出為0時，需要延遲一段時間T即為死區時間，所述的T取值為3～5ns。

本發明優點：首次將大規模集成電路FPGA數字芯片用在了光伏逆變系統中，并且能精確的控制逆變輸出；利用先進的SOPC技術設計控制裝置，此裝置具有隨時更改、調試、添加其他功能等優點，具有靈活的可剪裁、可擴充、可升級、并具備軟硬件皆可隨時調試等優點；首次將無模型自適應控制方法用在了光伏逆變系統中，其控制效果更加穩定和精確，控制算法簡單并且容易數字化實現。

附圖說明

圖1為本發明一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置的結構框圖；

圖2為本發明一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置嵌入式軟核控制裝置的結構框圖；

圖3為本發明一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置的角波電路原理圖；

圖4為本發明一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置的FLSH電路原理圖；

圖5為本發明一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置的SDRAM電路原理圖；

圖6為本發明一種基于FPGA的光伏逆變控制裝置的無模型自適應算法流程圖；

圖7為本發明一種基于FPGA的光伏逆變裝置的控制方法光伏逆變系統的輸出波形圖；