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基于SOPC的户用光伏并网逆变器的研究

作　者: 刘志明
导　师: 郭宝增
学　校: 河北大学
专　业: 电路与系统
关键词: 光伏并网逆变器 可编程片上系统 现场可编程门阵列 NiosⅡ
分类号: TM464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 43次
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内容摘要


随着传统化石能源日渐枯竭,环境污染日益严重以及人类环保意识的提高,太阳能作为一种环保能源,已经成为世界各国未来能源战略的重要组成部分。在太阳能众多应用中,光伏并网发电技术是其中最有发展前途的,成为了太阳能应用的主流。逆变器作为太阳能并网发电不可或缺的一部分也获得了广泛的研究。本论文通过研究“基于SOPC的户用光伏并网逆变器系统”,深入分析了目前光伏并网逆变器的组成结构及系统控制算法。在此基础上,对逆变器的重要组成部分进行了基于SOPC的方案设计,并对各部分进行了仿真验证。本文首先简单介绍了最大功率点跟踪的几种方法,对变步长寻优法进行了详尽的分析研究。采用Verilog HDL实现变步长寻优法,并对此进行功能仿真。设计了MPPT部分中PWM信号的驱动电路,并在Multisim10.0软件中进行仿真。设计了逆变控制部分。采用直流电压外环、并网电流内环的双闭环控制结构。设计了PLL模块,PI模块,正弦波发生器模块,SPWM模块等,并对各模块进行仿真验证。研究分析了有功电能计量的原理方法,设计了电能计量部分。采用Verilog HDL实现了高低通滤波器,乘法器,数字—频率变换器等模块,并对整个计量部分进行仿真验证。对逆变器监控通信模块进行了研究设计。通过NIOSⅡ对GSM设备的控制,实现逆变器的监控通信模块。通过此模块,逆变器可以向控制中心发送故障信号以及并网系统的发电量等。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-13
  1.1 课题的研究背景及意义  9
  1.2 光伏并网国内外发展现状  9-10
  1.3 户用光伏并网系统的组成  10-11
  1.4 户用光伏并网系统对逆变器的要求  11-12
  1.5 本文的主要研究内容  12-13
第2章 FPGA及SOPC技术介绍  13-17
  2.1 FPGA简介  13-15
  2.2 SOPC简介  15-17
    2.2.1 SOPC技术  15
    2.2.2 SOPC设计的工具软件  15-17
第3章 最大功率点跟踪的实现  17-29
  3.1 最大功率点跟踪的原理及实现  17-21
    3.1.1 最大功率点跟踪的概念及原理  17-18
    3.1.2 最大功率点跟踪的Boost电路实现  18-21
  3.2 最大功率点跟踪算法  21-22
    3.2.1 常用的最大功率跟踪点方法  21
    3.2.2 基于扰动观察法的变步长寻优法  21-22
  3.3 变步长寻优法的FPGA实现  22-29
    3.3.1 整体方案设计  22-23
    3.3.2 具体模块的FPGA实现  23-27
    3.3.3 MPPT整体模块及仿真  27-29
第4章 逆变控制系统的研究与设计  29-43
  4.1 光伏并网逆变控制系统简介  29
  4.2 光伏并网系统控制方案的介绍  29-30
  4.3 逆变控制系统的FPGA实现  30-43
    4.3.1 PI调节模块的FPGA实现  30-31
    4.3.2 锁相环模块的FPGA实现  31-34
    4.3.3 单位正弦波的FPGA实现  34-38
    4.3.4 SPWM设计  38-43
第5章 电能计量模块的研究与设计  43-53
  5.1 集成电能计量模块的意义  43
  5.2 有功电能计量的原理  43
  5.3 电能计量模块的FPGA实现  43-51
    5.3.1 电能计量模块的方案设计  43-44
    5.3.2 IIR高通滤波器  44-46
    5.3.3 乘法器  46-47
    5.3.4 FIR低通滤波器  47-50
    5.3.5 数字频率变换  50-51
  5.4 电能计量模块仿真  51-53
    5.4.1 Simulink下的系统仿真  51
    5.4.2 有功电能计量模块仿真  51-53
第6章 逆变器通信部分方案设计  53-59
  6.1 GSM在光伏系统中的应用  53
  6.2 GSM通信模块概述  53-57
    6.2.1 GSM MODEM简介  53-54
    6.2.2 AT指令简介  54-56
    6.2.3 短信发送与接收  56-57
  6.3 GSM通信模块的SOPC实现  57-59
第7章 总结与展望  59-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
攻读硕士学位期间发表论文情况  64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 变压器、变流器及电抗器 > 变流器 > 逆变器
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