基于dsp和fpga的光伏并网控制器设计与实现

《基于dsp和fpga的光伏并网控制器设计与实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第31卷第2期电力自动化设备Vol．31No.22011年2月ElectricPowerAutomationEquipmentFeb.2011基于DSP和FPGA的光伏并网控制器设计与实现郑飞，费树岷，周杏鹏（东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，江苏南京210096）摘要：提出一种DSP和现场可编程门阵列（FPGA）双CPU结构的新型单相光伏并网控制方案。DSP负责基于压频转换器的高精度数据采集、最大功率点跟踪算法和电压控制环,并将计算出的最大功率点跟踪电流通过串行外围设备接口（SPI）通信方式传送给F

2、PGA；FPGA负责新型电网电压数字锁相环算法、电流环无差拍控制和正弦脉宽调制（SPWM）驱动算法，并通过光耦HCPL-316J驱动电路控制逆变器各桥臂开关的通断。该方案被应用于一台5kW单相光伏并网逆变器中。实验表明：该控制器集DSP快速运算性能和FPGA的高可靠性于一体，并网运行性能好。关键词：单相光伏并网；现场可编程门阵列；压频转换；数字锁相环；驱动电路中图分类号：TM761文献标识码：A文章编号：1006－6047（2011）02－0084－06Ipv单相逆变器T固态继电器0引言RL1:2Upvi0光伏并网

3、控制器作为光伏并网系统的控制核C1AC心，负责将光伏阵列的直流电逆变为与电网电压同光伏基于HCPL-316J频同相的交流电并入电网，其实时性和稳定性对于复阵列的驱动电路杂天气条件下的稳定并网运行具有重要作用。目前PWM3PWM1PWM4PWM2Upv基于压频转换光伏并网控制器一般采用DSP进行设计［1-7］，DSP虽并器的采样电路1SPWM网最大功率然在快速运算方面具有优越性，但是在要求高可靠性ISPI驱动算法驱pv基于压频转换点跟踪器的采样电路2通信无差拍动的电路驱动方面，却不如将驱动算法以电路逻辑方式固电直流母

4、线控制i0基于压频转换路化的现场可编程门阵列（FPGA），故基于DSP和FPGA电压控制数字锁相器的采样电路3双CPU结构的控制器在有源电力滤波器、逆变器电u环算法PWM50基于压频转换DSP控制器FPGA控制器源等中得到了很好的应用［8-10］。器的采样电路4现提出一种DSP和FPGA双CPU结构的新型过零检测电路单相光伏并网控制方案。首先DSP通过基于压频转图1单相光伏并网系统框图换器的高精度数据采集、最大功率点跟踪算法［11-13］Fig.1Blockdiagramofsingle-phasePVgrid-c

5、onnectedsystem和电压控制环计算出最大功率点跟踪电流，然后通过串行外围设备接口（SPI）通信方式将此电流传送制器控制发出SPWM信号驱动单相逆变器工作，将给FPGA，FPGA通过新型电网电压数字锁相环算光伏阵列输出的直流电压逆变为交流电压，并通过法、电流环无差拍控制［14-15］和正弦脉宽调制（SPWM）滤波器滤波后并入电网。驱动算法发出SPWM波形，并通过光耦HCPL-316J具体工作流程为：FPGA根据过零检测电路产生驱动电路控制逆变器各桥臂开关的通断，最后将该的与电网电压同步的方波信号和数字锁相环

6、算法，方案应用于5kW单相光伏并网系统中，并给出并网产生一个与电网电压同频同相的基准正弦信号，并实验效果。以基准正弦数组的形式存放在其内部；DSP通过4个基于压频转换器的采样电路分别采集光伏阵列输1系统总体设计出电压Upv和电流Ipv、逆变器输出电流i0、电网电压［11-13］和直流母线电压调如图1所示，光伏并网系统功率电路主要包括光u0，根据最大功率点跟踪算法伏阵列、防反冲二极管、稳压电容、单相逆变器、滤波节器计算最大功率点跟踪电流Iref，并通过SPI通信电抗器、工频隔离变压器和并网固态继电器，控制系接口将Ir

7、ef传输给FPGA；FPGA将Iref与基准正弦数组指针所对应数据相乘，形成幅值可调的正弦电流统主要由DSP和FPGA2个部分构成。系统工作原指令。由于基准正弦数组指针是与电网电压同步的，理为：基于DSP和FPGA双CPU结构的光伏并网控因此得到的正弦电流指令也与电网电压同步，在无差拍控制［14-15］作用下，形成一个新的数组，将此数组收稿日期：2010-10-24；修回日期：2010-12-09第2期郑飞，等：基于DSP和FPGA的光伏并网控制器设计与实现送入SPWM发生器的比较器中，一旦三角载波的计的5脚输出。

8、该采样保持电路使得DSP捕获频率信数值与该数组中的值相匹配，则PWM脉冲电平翻转，号时，相应的压频转换电路输入电压保持不变。由于并且经死区控制器后，控制单相逆变器的4个IGBT采样芯片LF398的工作使能信号PWM_05高电平功率管的通断，实现逆变器输出电流跟踪给定的正时有效，而如果PWM_05高电平时间较长，则输出弦电流指令，保证逆变器输出电流与电网电压同