采用FPGA实现FFT滤波技术的微电网逆变控制技术研究

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由于化石能源大量开采利用所造成的能源紧缺、气候变化等问题,越来越多的国家将未来的发展方向调整为大力发展新能源产业。微电网供配电系统作为新能源利用的最佳场合,也成为智能电网领域的研究热点。微电网系统的容量往往较小,系统电压波形质量容易受到负载影响,影响系统稳定性。此外,逆变器采用的电力电子器件的非线性导致输出端口电压波形不平滑,混有大量高次谐波,影响系统的反馈量,增加了控制器的控制难度以及LCL滤波电路的体积。随着用电负载对电能质量要求的不断提高以及微电网的小型化的需求,上述问题亟待解决,基于此本文设计了一种用于储能逆变器的带有FFT滤波瞬时值反馈的控制方法。首先,介绍了FFT变换的基本原理与运算规律,针对本设计中只需变换后将基波信号提取出来的特点,提出了简化后的FFT变换方法,进一步减少运算量。由于FFT变换过程中计算量仍然较大,常规的微处理器难以在短时间内完成计算,因此本设计中采用FPGA辅助主控制器进行运算。其次,分析了储能逆变器的控制系统结构与控制策略,针对反馈信号中谐波分量对控制系统的影响,提出了在反馈回路中串联FFT滤波器的方法,并对滤波器的关键参数进行计算。通过对储能逆变器的拓扑结构、数学模型的分析研究,利用Simulink搭建了储能逆变器的仿真模型。对比在反馈回路中串入滤波器前后的仿真试验,验证了此方法的可行性和有效性。最后,系统地阐述了本设计的总体技术方案,并分别对逆变器软硬件设计以及滤波器在FPGA中实现的各个功能子模块设计方法进行介绍。借助Quartus II软件利用Verilog HDL硬件描述语言,实现了储能逆变器反馈滤波器的设计。在Modelsim仿真软件中验证了其可行性、正确性和快速性。
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