基于DSP和FPGA的一種新型光伏并網控制方法

摘要：基于數字信號處理器(DSP)與現場可編程門陣列(FPGA)，提出了一種適合光伏并網系統的新型控制方法，并設計了相應的控制器。DSP負責電壓外環控制以及最大功率點跟蹤(MPPT)控制；FPGA負責帶電壓前饋的電流內環控制和正弦脈寬調制(SPWM)驅動算法；DSP與FPGA之間通過串行外設接口SPI總線通訊。該控制結構不僅高度模塊化、穩定可靠，而且實現了三相電流獨立控制。最后進行了仿真驗證，并實際應用在某500 kW光伏并網逆變器中，仿真和現場試驗結果表明，并網運行性能良好。
關鍵詞：光伏并網；數字信號處理器；現場可編程門陣列

1 引言
在光伏并網發電領域，控制系統主要基于DSP芯片進行設計。由于該芯片都是基于軟件編程來完成相應的控制功能，因此一旦與DSP相配合的外圍電路結構變復雜后，由于軟件中斷發生的不確定性，可能對邏輯信號造成一定延時，導致程序運行出現故障的幾率增加。故采用DSP單一處理器來設計系統存在一定的缺陷。FPGA可根據實際控制需要靈活配置其內部具體邏輯電路功能，有利于實現功能模塊化，提高系統的可靠性。而DSP在實時數據處理速度與系統控制方面存在明顯的優勢。因此，如何將DSP快速運算的實時性與FPGA的高可靠性相結合，并以此結構來設計光伏并網控制系統，具有重要意義。

2 控制方案
提出一種基于DSP和FPGA雙處理器結構的單級三相光伏并網控制方案，其結構如圖1所示。

光伏并網系統主要包括主電路、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結構的光伏并網控制器的控制下，發出SPWM信號來驅動三相逆變器工作，將光伏陣列輸出的直流電壓逆變為三相交流電壓，通過濾波電路濾波后并入電網；DSP控制器負責電壓外環控制及MPPT控制，且通過串行外部接口SPI總線將光伏陣列的輸出電壓Upv及三相給定電流信號iaref，ibref，icref高速傳輸給FPGA控制器，然后通過帶電壓前饋的電流內環控制和SPWM驅動算法給三相逆變器的a，b，c相上下橋臂發出6路脈沖驅動信號。