基于fpga的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)，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；其工作方法包括：電壓電流信號采集、檢測、計算和顯示；其優(yōu)越性在于：①精度高，通用性強；②所需變量較少，易于實現(xiàn)；③硬件采用高性能的XC4VSX35型號的FPGA，可以進行高速運算，并提供準確的運算結果。
【專利說明】基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)及方法
(一)【技術領域】:
[0001]本發(fā)明用于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，涉及控制理論以及光伏并網(wǎng)【技術領域】，尤其一種基于
FPGA (FieldProgrammableGateArray-現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾
穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)及方法。
(二)【背景技術】:
[0002]由于世界能源緊缺和環(huán)境污染問題日益嚴重，光伏發(fā)電越來越受到全世界的廣泛關注。光伏并網(wǎng)發(fā)電是世界光伏發(fā)電技術的發(fā)展趨勢，是光伏產(chǎn)業(yè)步入大規(guī)模應用階段，并成為電力工業(yè)核心部分的重要技術步驟。隨著我國對光伏并網(wǎng)發(fā)電技術的不斷重視和大力扶持，光伏并網(wǎng)發(fā)電將成為未來電力市場的一個重要組成部分。光伏發(fā)電同時作為分布式能源的一種，也是微網(wǎng)的重要組成部分。建設堅強的智能電網(wǎng)，更離不開光伏發(fā)電的支持。如今，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)正在快速、成熟的發(fā)展，在電力系統(tǒng)的各方面都發(fā)揮著更加重要的作用。
[0003]大型化和規(guī)?；悄壳肮夥a(chǎn)業(yè)重要的發(fā)展趨勢。目前制約光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進一步迅猛發(fā)展的兩個重要因素是光伏發(fā)電的間歇性和穩(wěn)定性問題。由于并網(wǎng)光伏發(fā)電日趨重要，對光伏系統(tǒng)穩(wěn)定的研究逐漸成為熱點。光伏系統(tǒng)無時無刻不在遭受著小的擾動，一個系統(tǒng)想要穩(wěn)定，首先要保證它的小干擾穩(wěn)定性。因此，不少研究人員開始對光伏系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性進行分析。有些研究建立了光伏發(fā)電的單機無窮大系統(tǒng)模型，研究了大規(guī)模光伏發(fā)電對系統(tǒng)小干擾振蕩特性的影響。有些對光伏發(fā)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(tǒng)穩(wěn)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(huán)靈敏度的影響，并進行了實驗驗證。這些分析并網(wǎng)光伏系統(tǒng)穩(wěn)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(shù)學模型和并網(wǎng)逆變器控制模型。
[0005](2)缺少對光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的機理分析，也沒有設計合適的控制器參數(shù)。
(三)
【發(fā)明內容】
:
[0006]本發(fā)明的目的在于設計一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)及方法，它可以克服現(xiàn)有技術的不足，是一種結構簡單，易操作，系統(tǒng)穩(wěn)定性高的系統(tǒng)，且工作方法簡單，可以準確地判斷并網(wǎng)光伏系統(tǒng)穩(wěn)定，并可以以此為依據(jù)，優(yōu)化控制器參數(shù)。
[0007]本發(fā)明的技術方案:一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng),包括電網(wǎng)，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(wǎng)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。
[0008]所述濾波單元是LC濾波器。[0009]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(wǎng)電壓頻率相位檢測單元構成；其中，所述電壓電流采集單元I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(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸入端連接電網(wǎng)，采集電網(wǎng)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芯片
[0011]XC4VSX35構成Jy^iXilinx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。
[0012]所述顯示單元是液晶顯示器。
[0013]一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)的工作方法，其特征在于包括以下步驟:[0014](I)電壓電流采集單元I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；
[0015](2)中央處理單元的FPGA芯片的A16管腳通過電網(wǎng)電壓頻率相位檢測單元接收電網(wǎng)中的電壓頻率檢測信號；
[0016](3)中央處理單元的FPGA芯片F(xiàn)13管腳和F14管腳接收步驟(1)、(2)的信號，并進行并網(wǎng)光伏系統(tǒng)特征值矩陣的計算，得到特征值的符號及大小；
[0017](4)中央處理單元通過USB接口將步驟(3)得到的特征值大小在顯示單元上顯示。
[0018]所述步驟(3)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)特征值的計算方法由以下步驟構成:
[0019]①建立并網(wǎng)光伏系統(tǒng)數(shù)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(shù)ISCMf、Uocref、Imref和Umref的關系如下所示:
【權利要求】
1.一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)，包括電網(wǎng)，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(wǎng)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。
2.根據(jù)權利要求1所述一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)，其特征在于所述濾波單元是LC濾波器。
3.根據(jù)權利要求1所述一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)，其特征在于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(wǎng)電壓頻率相位檢測單元構成；其中，所述電壓電流采集單元I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(wǎng)電壓頻率相位檢測單元的輸入端連接電網(wǎng)，采集電網(wǎng)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(jù)權利要求1所述一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)，其特征在于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XiIinx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。
5.根據(jù)權利要求1所述一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)，其特征在于所述顯示單元是液晶顯示器。
6.一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)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I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(wǎng)電壓頻率相位檢測單元接收電網(wǎng)中的電壓頻率檢測信號； (3)中央處理單元的FPGA芯片F(xiàn)13管腳和F14管腳接收步驟(1)、(2)的信號，并進行并網(wǎng)光伏系統(tǒng)特征值矩陣的計算，得到特征值的符號及大??； (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。
7.根據(jù)權利要求6所述一種基于FPGA的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所述步驟(3)的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)特征值的計算方法由以下步驟構成: ①建立并網(wǎng)光伏系統(tǒng)數(shù)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(shù)Imref和Umref的關系如下所不:
【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(yōu)先權日:2013年9月29日
【發(fā)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