EDA/PLD中的基于FPGA 的太阳能并网逆变器的研究
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2020-10-19
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EDA/PLD中的基于中的基于FPGA 的太阳能并网逆变器的研究的太阳能并网逆变器的研究
系统概述 新能源发电成为21世纪解决能源危机的必经出路，光伏发电、风电、核电等新能源发电是目前新能
源发电研究的几大方向。这几种新能源各有各的特点，我们选择了最靠近我们的光伏发电作为研究出发点。
目前光伏发电并网技术的研究愈加深入成熟，而关于光伏发电技术的具体应用环节还是有着许多发挥余地。光
伏发电的优点是清洁安全、分布相对较为均匀、可持续利用。同时光伏发电也存在自己的问题，其中一个很重
要的问题是光伏发电需要做的是收集辐射到地表的太阳能，这个环节需要占用大量的空间，这个问题使光伏发
电的应用有着自己的特点。现在大多数的并网系统都是采用DSP控制， DSP往往靠一些特殊的指令处理复
系统概述系统概述
新能源发电成为21世纪解决能源危机的必经出路，光伏发电、风电、核电等新能源发电是目前新能源发电研究的几大方
向。这几种新能源各有各的特点，我们选择了最靠近我们的光伏发电作为研究出发点。
目前光伏发电并网技术的研究愈加深入成熟，而关于光伏发电技术的具体应用环节还是有着许多发挥余地。光伏发电的优
点是清洁安全、分布相对较为均匀、可持续利用。同时光伏发电也存在自己的问题，其中一个很重要的问题是光伏发电需要做
的是收集辐射到地表的太阳能，这个环节需要占用大量的空间，这个问题使光伏发电的应用有着自己的特点。现在大多数的并
网系统都是采用DSP控制， DSP往往靠一些特殊的指令处理复杂算法，这些指令局限于DSP控制器设计人员的预知范围，而
在FPGA中，用户可以自由定义各种IP核，实现一些高效的复杂算法，由于与MATLAB在系统设计上有对应接口，设计起来也
较为方便。
本系统设计的光伏逆变系统，采用了FPGA作为主控芯片，控制BUCK做最大功率跟踪，以及采用一个桥式电路，通过变压
器，将模拟的光伏电池板上的电能输出到电网上。 系统框架图如下所示:
2 电路与程序设计电路与程序设计
这里分模块对电路各结构进行介绍，介绍内容包括电路拓扑、控制算法以及测量回路。系统主要可以分为两部分，以拓扑
来分，前端的BUCK主要实现最大功率跟踪（MPPT）功能，后级的全桥通过锁相、电流环反馈实现电能输出。
2.1 MPPT设计设计
光伏电池板的输出电压有着很宽的工作范围，而且可以根据需要进行光伏板的串并联，我们在模拟光伏电池板工作时选取
了额定电压为60V、额定功率100W的光伏电池板。为了保证实验安全，输出电压控制在36V附近，然后通过变压器输送到电
网去。出于以上 考虑，我们选择了Buck拓扑来做最大功率跟踪设计。
基本的Buck拓扑中采用了二极管作为续流通路。我们的电路输出侧工作在低压大电流的条件下，如果采用基本的buck拓
扑，在二极管上会有很大损耗，极大的影响了效率。为了提高效率，我们采用Mosfet代替续流二极管，使续流的Mosfet和主开
关管工作在互补工作状态，替代了续流二极管的作用，极大地提高了效率。
2.1.1工作原理工作原理
电路的拓扑结构如下：
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