(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210975486.5 (22)申请日 2022.08.15 (71)申请人 天津大学 地址 300072 天津市南 开区卫津路9 2号天 津大学 申请人 国网天津市电力公司 　 国家电网有限公司 (72)发明人 王守相　何汝训　张春雨　赵倩宇　 穆昊　 (74)专利代理 机构 天津才智专利商标代理有限 公司 12108 专利代理师 张文华 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/398(2020.01)G06F 30/34(2020.01) G06F 113/04(2020.01) (54)发明名称 一种基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于FPGA的光伏发电系 统实时仿真方法， 包括1)进行光伏 电气系统的 FPGA建模： 建立适用于 FPGA架构的光伏组件输 出 特性方程； 采用数值积分法对光伏电器系统中的 无源元件进行差分， 得到等效计算导纳与 历史项 电流源并联形式的等效电路模型； 2)基于不同的 光伏控制策略进行光伏控制 系统的FPGA建模。 该 仿真方法具有高度的硬件并行性和时间并行性， 仿真精度高、 仿真速度快， 而且半定制集成电路 设计灵活， 具有完全可编程、 可重构能力， 降低了 仿真成本 。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115358063 A 2022.11.18 CN 115358063 A 1.一种基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特 征在于， 包括 1)进行光伏电气系统的FPGA建模： 建立适用于FPGA 架构的光伏组件输出 特性方程； 采用数值积分法对光伏电器系统中的无源元件进行差分， 得到等效计算导纳与历史项 电流源并联 形式的等效电路模型； 2)基于不同的光伏控制策略进行光伏控制系统的FPGA建模。 2.根据权利要求1所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特征在于， 该仿真 方法采用建了全局控制层级架构： 在FPGA顶层设计了全局时序控制器FSM0， 用以精准控制 电气系统和控制系统的有序求解， 同时， 各个模块及处理环节又 由其子系统时序控制 器控 制。 3.根据权利要求2所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特征在于， 该仿真 方法采用电气系统和控制系统的交 互求解设计， 具体包括： 当本时步电气系统求解完成后， 以存储结束信号为触发信号， 将采集到的电压、 电流参 数存入到RAM_E中； 当读取信号被触发时， 控制系统立刻从RAM_E中读取数据并进行控制过 程求解， 然后将解算完成后求得的开关状态存入到RAM_C中； 当下一时步时钟信号到来时， 电气系统立刻从RAM_C中读取 数据并进行 下一时步 求解。 4.根据权利要求3所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特征在于， 所述的 适用于FPGA 架构的光伏组件输出 特性方程 为： 其中， 其中， Upv和Ipv分别为光伏电池的输出电压和输出电流； Isc、 Uoc、 Um、 Im分别为光伏电池短 路电流、 开路电压、 最大功率 点电压、 最大功率 点电流， 通常由厂 商提供。 5.根据权利要求4所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特征在于， 考虑到 光照及温度变化， 需要加以修正参数来描述新的光伏输出特性方程。 在非标准工况下， 对厂 商提供的四个参数进行修 正， 可分别表示 为： 其中， ΔS为一般工况下和标准工况下的相对光照强度差； ΔT为一般工况下和标准工 况下的相对温度差； 电流温度系数a＝0.0025/℃； 电压温度系数c＝0.00288/℃； b＝权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358063 A 20.0005。 6.根据权利要求5所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特征在于， 所述中 间变量γ1、 γ2、 γ3及多组非标准工况参数I ′sc、 U′oc、 U′m、 I′m在上位机编译过程中提前求 得， 存于寄存器中， 由FPGA流水线式直接调用。 7.根据权利要求6所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方法， 其特征在于， 把连续 的控制系统转 化为对于各个控制元件的显式求 解， 其中， 所述光伏控制系统PI环 节使用欧拉公式进行离 散化处理， 具体处 理方法如下： 其中， e(t)＝upv(t)‑upvref(t)； Kp和Ki分别为比例系数和积分时间系数； 所述光伏控制系统限幅环 节的处理方法为： 其中， y1(t)为限幅环 节的输入， y2(t)为限幅环 节的输出， b为输出 上限； c为输出 下限。 8.根据权利要求1 ‑7中任意一项权利要求所述的基于FPGA的光伏发电系统实时仿真方 法， 其特征在于， 所述的光伏控制的PWM调制环节采用读取FPGA 中的ROM存储数据进行信号 发生器设计， 使地址 搜寻器以流水线形式循环搜索ROM地址， 从而形成周期性载波信号。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358063 A 3