[發明專利]基于FPGA的光伏電池實時仿真模型設計方法

有效

• 申請號: 201510015323.2
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104715103B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 李鵬;丁承第;王成山;王智穎;趙金利;盛曄;葉志軍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;天津大學;國網浙江省電力公司;國網浙江省電力公司紹興供電公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 杜文茹

1.一種基于FPGA的光伏電池實時仿真模型設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)針對光伏電池模型在FPGA中進行建模，光伏電池模型計算公式為其中，I_ph為光生電流源電流，I_s是二極管飽和電流，q為電子電量，k是玻爾茲曼常數，T為光伏電池工作的絕對溫度值，n是二極管特性擬合系數，R_s和R_sh分別為表示光伏電池損耗的電阻，I是光伏電池輸出電流，V是光伏電池輸出電壓，對于光伏電池的建模應將模型劃分為電氣系統和控制系統兩部分，其中電氣系統包括模擬光生電流源電流I_ph和二極管電流I_d的受控電流源以及模擬光伏電池內部損耗的電阻R_s和R_sh，控制系統實現光生電流源電流I_ph和二極管電流I_d的具體計算；

2)由于模擬光生電流源電流I_ph和二極管電流I_d的受控電流源處于并聯關系，計算相互獨立，因此將模擬光生電流源電流I_ph和二極管電流I_d設置為第一系統和第二系統，在FPGA中開辟獨立的FPGA計算資源在控制系統中進行并行計算；

3)針對作為第一系統的光生電流源電流I_ph進行計算，I_ph的計算公式為：

其中，I_ph,ref為標準條件下的光生電流值，S為實際光照強度，S_ref為標準條件下的光照強度，C_T為溫度系數，T_ref為標準條件下電池工作的絕對溫度，基于FPGA針對I_ph進行計算是采用3個浮點數乘法器和2個浮點數加法器；

4)針對作為第二系統的二極管電流I_d的計算公式為：其中，I_s和可進一步分配獨立的FPGA計算資源在控制系統中進行并行計算，二極管飽和電流I_s的計算公式為：其中，E_g為禁帶寬度，A為溫度系數；基于FPGA針對I_n進行計算是采用4個浮點數乘法器、2個浮點數加法器以及1個浮點數指數函數計算單元；

所述的基于FPGA針對I_s進行計算的過程是：以溫度T為地址生成I_s值查找表，并存入FPGA的內存RAM_Is中，插值公式為I_s(T)＝[I_s(T₂)-I_s(T₁)](T-T₁)+I_s(T₁)，其中，T₁和T₂表示與溫度T最接近的前后兩個整數，I_s(T₁)和I_s(T₂)分別表示T₁和T₂溫度下的二極管飽和電流，由于T為浮點數，無法作為地址使用，首先將浮點數T轉化為整數，并求得T前后范圍T_1i和T_2i，進而以T₁和T₂為地址從內存RAM_Is中同時讀取I_s(T₁)和I_s(T₂)，其中T_1i和T_2i分別表示溫度T前、后范圍的整數形式；將T_1i再次轉化為浮點數T_1f，對T和T_1f進行浮點數減法，并完成剩余的插值步驟；

5)設置仿真時刻t＝0，啟動仿真；

6)仿真時間向前推進一個步長，t＝t+Δt；

7)由電氣系統計算出光伏電池輸出電壓V和電流I，并傳入控制系統的光伏電池模型中，光生電流源電流I_ph、二極管飽和電流I_s以及I_n進行并行計算，再通過二極管飽和電流I_s和I_n計算二極管電流I_d，隨后光生電流源電流I_ph和二極管電流I_d以受控電流源的形式參與電氣系統的計算；

8)判斷仿真時間是否達到仿真終了時刻，如達到仿真終了時刻，則仿真結束，否則返回步驟6)。