基于DSP和FPGA的一種新型光伏并網(wǎng)控制方法

摘要：基于數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)與現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，提出了一種適合光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的新型控制方法，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制器。DSP負(fù)責(zé)電壓外環(huán)控制以及最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制；FPGA負(fù)責(zé)帶電壓前饋的電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制(SPWM)驅(qū)動(dòng)算法；DSP與FPGA之間通過(guò)串行外設(shè)接口SPI總線通訊。該控制結(jié)構(gòu)不僅高度模塊化、穩(wěn)定可靠，而且實(shí)現(xiàn)了三相電流獨(dú)立控制。最后進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并實(shí)際應(yīng)用在某500 kW光伏并網(wǎng)逆變器中，仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，并網(wǎng)運(yùn)行性能良好。
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)；數(shù)字信號(hào)處理器；現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列

1 引言
在光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，控制系統(tǒng)主要基于DSP芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于該芯片都是基于軟件編程來(lái)完成相應(yīng)的控制功能，因此一旦與DSP相配合的外圍電路結(jié)構(gòu)變復(fù)雜后，由于軟件中斷發(fā)生的不確定性，可能對(duì)邏輯信號(hào)造成一定延時(shí)，導(dǎo)致程序運(yùn)行出現(xiàn)故障的幾率增加。故采用DSP單一處理器來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)存在一定的缺陷。FPGA可根據(jù)實(shí)際控制需要靈活配置其內(nèi)部具體邏輯電路功能，有利于實(shí)現(xiàn)功能模塊化，提高系統(tǒng)的可靠性。而DSP在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理速度與系統(tǒng)控制方面存在明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，如何將DSP快速運(yùn)算的實(shí)時(shí)性與FPGA的高可靠性相結(jié)合，并以此結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)，具有重要意義。

2 控制方案
提出一種基于DSP和FPGA雙處理器結(jié)構(gòu)的單級(jí)三相光伏并網(wǎng)控制方案，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)主要包括主電路、DSP控制器和FPGA控制器三部分。主電路工作原理為：三相逆變器在DSP和FPGA雙CPU結(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)控制器的控制下，發(fā)出SPWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)三相逆變器工作，將光伏陣列輸出的直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，通過(guò)濾波電路濾波后并入電網(wǎng)；DSP控制器負(fù)責(zé)電壓外環(huán)控制及MPPT控制，且通過(guò)串行外部接口SPI總線將光伏陣列的輸出電壓Upv及三相給定電流信號(hào)iaref，ibref，icref高速傳輸給FPGA控制器，然后通過(guò)帶電壓前饋的電流內(nèi)環(huán)控制和SPWM驅(qū)動(dòng)算法給三相逆變器的a，b，c相上下橋臂發(fā)出6路脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。