[發明專利]基于FPGA的并網光伏系統小干擾穩定性判斷系統及方法

有效

• 申請號: 201310464280.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103532167A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 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（專利權）人: 天津理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;G06F19/00
• 代理公司: 天津天麓律師事務所 12212
• 代理人: 王里歌

(一）技術領域：

本發明用于并網光伏系統，涉及控制理論以及光伏并網技術領域，尤其一種基于FPGA（FieldProgrammableGateArray——現場可編程邏輯門陣列）的并網光伏系統小干擾穩定性判斷系統及方法。

（二）背景技術：

由于世界能源緊缺和環境污染問題日益嚴重，光伏發電越來越受到全世界的廣泛關注。光伏并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，并成為電力工業核心部分的重要技術步驟。隨著我國對光伏并網發電技術的不斷重視和大力扶持，光伏并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，并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。

大型化和規模化是目前光伏產業重要的發展趨勢。目前制約光伏并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。由于并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，首先要保證它的小干擾穩定性。因此，不少研究人員開始對光伏系統的小干擾穩定性進行分析。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干擾振蕩特性的影響。有些對光伏發電獨立運行進行了特征值和特征值靈敏度分析，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干擾模型，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，并進行了實驗驗證。這些分析并網光伏系統穩定性的研究，具有一些局限性：

（1）沒有詳細考慮光伏電池組的數學模型和并網逆變器控制模型。

（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：

本發明的目的在于設計一種基于FPGA的并網光伏系統小干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，可以準確地判斷并網光伏系統穩定，并可以以此為依據，優化控制器參數。

本發明的技術方案：一種基于FPGA的并網光伏系統小干擾穩定性判斷系統，包括電網，其特征在于它包括光伏陣列、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；所述接口電路采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。

所述濾波單元是LC濾波器。

所述接口電路由電壓電流采樣單元1、電壓電流采樣單元2和電網電壓頻率相位檢測單元構成；其中，所述電壓電流采集單元1的輸入端連接Boost直流變換單元的輸出端，采集電壓電流信號，其輸出端連接中央處理單元的輸入端；所述電壓電流采集單元2的輸入端連接濾波單元的輸出端，采集電壓電流信號，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，采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。

所述中央處理單元由Xilinx公司的virtex-4系列FPGA芯片

XC4VSX35構成；所述Xilinx公司Virtex-4系列FPGA是采用高級硅模塊架構、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芯片。

所述顯示單元是液晶顯示器。

一種基于FPGA的并網光伏系統小干擾穩定性判斷系統的工作方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）電壓電流采集單元1和電壓電流采集單元2分別采集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芯片的F13管腳和F14管腳；

（2）中央處理單元的FPGA芯片的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芯片F13管腳和F14管腳接收步驟（1）、（2）的信號，并進行并網光伏系統特征值矩陣的計算，得到特征值的符號及大小；

（4）中央處理單元通過USB接口將步驟（3）得到的特征值大小在顯示單元上顯示。