[发明专利]基于FPGA的光伏逆变控制装置及无模型控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制技术领域，特别涉及一种基于FPGA的光伏逆变控制装置及无模型方法。

背景技术

随着光伏产业的高速发展，传统模拟控制很难实现高精度的逆变输出，而日新月异的数字化产品对光伏逆变装置提供了新的设计工具。传统模拟控制装置存在以下缺点：控制电路复杂、元器件较多、不利于小型化；控制装置灵活性很差，一旦控制装置设计好之后，不易做出修改，调试不方便；模拟控制装置很难实现新型的智能化控制方法，因此开发和使用现场可编程的数字化光伏逆变装置具有广泛的应用前景。针对光伏逆变电路的非线性特点，传统的控制方法存在以下缺点：对于光伏逆变系统的非线性，建立精确的数学模型很困难，影响了控制器设计的有效性和可靠性；而且控制参数不易优化，控制器参数不能在线整定。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于FPGA的光伏逆变控制装置及无模型控制方法，以达到使光伏逆变系统高效，可靠运行的目的。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于FPGA的光伏逆变控制装置，包括可编程门阵列(FPGA)、同步动态随机存储器(SDRAM)和非易失性存储器(FLASH)，其中，可编程门阵列(FPGA)包括嵌入式软核(CPU)、角波电路、Avalon总线模块和IO接口单元，其连接关系为：嵌入式软核(CPU)及角波电路分别通过Avalon总线模块与同步动态随机存储器(SDRAM)、非易失性存储器(FLASH)连接。

采用基于FPGA的光伏逆变控制装置进行光伏逆变的无模型控制方法，包括以下步骤：

步骤l：设置嵌入式软核控制装置的初始参数，所述的初始参数包括：光伏逆变系统负载端的当前周期期望输出电压y^*(k)、步长序列η_k、量化阶因子ρ_k、权重因子λ、惩罚因子μ，光伏逆变系统的伪偏导数初值

步骤2：嵌入式软核读取角波电路产生的瞬时参考电压值Q和由电压传感器采集到的光伏逆变系统负载端电压值y(k)；

步骤3：确定系统的伪偏导数值，将伪偏导数初值带入公式(1)：

式中，表示当前周期光伏逆变系统的伪偏导数，表示上一周期光伏逆变系统的伪偏导数，Δu(k-1)表示上一周期光伏逆变系统控制律的变化值，Δy(k)表示当前周期光伏逆变系统负载端电压的变化值；

若或光伏逆变系统负载端的电压变化值|Δu|＜ε，则伪偏导数取初始值否则伪偏导数的值由公式(1)计算获得；

步骤4：计算控制律，公式如下：

式中，u(k)表示当前周期光伏逆变系统的控制律，u(k-1)表示上一周期光伏逆变系统的控制律，y^*(k+1)表示下一周期光伏逆变系统的期望输出值；

步骤5：嵌入式软核输出PWM脉冲信号控制场效应管的关断，方法为：若控制电压u(k)大于或者等于瞬时参考电压值Q，则调制PWM脉冲信号输出为1，开启场效应管，否则调制PWM脉冲信号输出为0，关断场效应管；

步骤3所述的ε取值为0.01；

步骤5所述调制PWM脉冲信号输出为0时，需要延迟一段时间T即为死区时间，所述的T取值为3～5ns。

本发明优点：首次将大规模集成电路FPGA数字芯片用在了光伏逆变系统中，并且能精确的控制逆变输出；利用先进的SOPC技术设计控制装置，此装置具有随时更改、调试、添加其他功能等优点，具有灵活的可剪裁、可扩充、可升级、并具备软硬件皆可随时调试等优点；首次将无模型自适应控制方法用在了光伏逆变系统中，其控制效果更加稳定和精确，控制算法简单并且容易数字化实现。

附图说明

图1为本发明一种基于FPGA的光伏逆变控制装置的结构框图；

图2为本发明一种基于FPGA的光伏逆变控制装置嵌入式软核控制装置的结构框图；

图3为本发明一种基于FPGA的光伏逆变控制装置的角波电路原理图；

图4为本发明一种基于FPGA的光伏逆变控制装置的FLSH电路原理图；

图5为本发明一种基于FPGA的光伏逆变控制装置的SDRAM电路原理图；

图6为本发明一种基于FPGA的光伏逆变控制装置的无模型自适应算法流程图；

图7为本发明一种基于FPGA的光伏逆变装置的控制方法光伏逆变系统的输出波形图；