基于MCU-FPGA的風(fēng)光逆變并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2 主回路電器選擇以及參數(shù)計(jì)算
系統(tǒng)主回路由DC-AC變換器電路以及對(duì)輸入／輸出波形的整形和測(cè)量電路構(gòu)成。為了減少損耗，同時(shí)又防止被反向擊穿，主開(kāi)關(guān)管選IRFB52N15(額定電流60A，耐壓150V，導(dǎo)通電阻32MΩ)。采用SPWM控制的逆變電路，輸出SPWM波中含有大量的高頻諧波，加上防止上下橋臂直通而設(shè)置的死區(qū)，開(kāi)關(guān)時(shí)間和功率器件參數(shù)差異等因素，輸出電壓只能夠也含有一定的低次諧波，為了保證波形失真度盡可能低，必須采用輸出濾波器。全橋采用LC濾波，其中的感抗XL=ωL=2πfL，容抗XC=1／(ωC)=1／(2πfC)。令ωL=1／(ωC)，得到對(duì)應(yīng)的截止頻率
設(shè)逆變器輸出電壓的基波為f0，最低次諧波頻率fk，f0fcfk，所以ω0L1／(ω0C)，電感對(duì)基波信號(hào)的阻抗很小，電容對(duì)基波的分流很小，即電感對(duì)基波信號(hào)的阻抗很小，電容對(duì)基波的分流很，即濾波器允許基波信號(hào)通過(guò)，而ωkL>>1／(ωkC)，電感對(duì)諧波信號(hào)阻抗很大，電容對(duì)諧波信號(hào)的分流很大，即濾波器不允許諧波信號(hào)通過(guò)負(fù)載，一般取濾波器的截止頻率fc=(3～5)f0，為了避免對(duì)某次諧波過(guò)度放大，取fc= 4．5f0=1 800 Hz，逆變器的輸出功率和輸出電壓求得負(fù)載阻抗RL，濾波器的標(biāo)稱特性阻抗R=(0．5～0．8)RL，則Lf=R／(4πfC)，Cf=Lf ／R2= 1／(2πfCR)。實(shí)際電路中，L取200 μH，C=470μF。3 控制與算法設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的MCU選擇的MSP430，MSP430系列是TI公司推出的超低功耗16單片機(jī)，性價(jià)比高，功能強(qiáng)，運(yùn)行的速度快，其工作電流不到1mA，而且其具有多種低功耗模式。該方案選用了MSP430F2618作為主控芯片，監(jiān)測(cè)輸入電流、電壓，過(guò)流、欠壓時(shí)保護(hù)和故障排除后恢復(fù)；采樣輸出電壓和電壓跟蹤最大功率；顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)和輸出的相關(guān)數(shù)據(jù)。
3．1 最大功率追蹤算法
最大功率點(diǎn)跟蹤算法根據(jù)判斷原理和實(shí)現(xiàn)方法，大概可以歸納為六種：恒定電壓及其改進(jìn)算法、恒定電流及其改進(jìn)算法、擾動(dòng)觀察法、增量電導(dǎo)法、模糊邏輯控制算法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/190140.htm
擾動(dòng)觀察法是一種較為簡(jiǎn)單實(shí)用且容易實(shí)現(xiàn)的方法，其思想是通過(guò)周期性的給電源的輸出電壓加擾動(dòng)△V，測(cè)得電源的輸出電流和電壓，比較該采樣時(shí)刻的輸出功率P(t)與前一采樣時(shí)刻輸出功率P(t-1)的大?。蝗绻鸓(t)>P(t-1)，則在下一周期以同樣方向加擾動(dòng)，否則改變擾動(dòng)的方向，這樣逐步逼近最大功率點(diǎn)。但跟蹤步長(zhǎng)的設(shè)定無(wú)法兼顧跟蹤精度和響應(yīng)速度，在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致一定功率損失。
3．2 基于FPGA的相位追蹤
該系統(tǒng)中產(chǎn)生的SPWM信號(hào)的正弦基波信號(hào)是FPGA內(nèi)部的地址每次累加1位，然后查詢FPGA內(nèi)存儲(chǔ)了正弦表的ROM，現(xiàn)將外部參考正弦信號(hào)和本系統(tǒng)自已產(chǎn)生的正弦波形通過(guò)比較器整形后的信號(hào)都輸入FPGA，通過(guò)FPGA內(nèi)部的異或門(mén)后得到的新信號(hào)，新信號(hào)為高表明兩路信號(hào)依然存在相位差，這時(shí)FPGA內(nèi)部的地址累加器遞增2位，即讓自己產(chǎn)生的正弦波的相位向前遞增一個(gè)量化值，直至兩路信號(hào)異或的結(jié)果完全為低為
止。由于FPGA的高速運(yùn)算，整個(gè)相位的追蹤在兩個(gè)周期以內(nèi)可以完成，能滿足市場(chǎng)應(yīng)用的要求。
4 結(jié)語(yǔ)
該系統(tǒng)以MCU-FPGA為構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光逆變并網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用了數(shù)字系統(tǒng)的計(jì)算精度，將逆變波形與外網(wǎng)市電的相位差控制在2°以內(nèi)，并且通過(guò)最大功率追蹤，讓太陽(yáng)能電池板或者風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率達(dá)到最大。該系統(tǒng)成本低，體積小，且人性化設(shè)計(jì)，方便今后直接大批量投入市場(chǎng)使用。
評(píng)論