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)字信號處理器(DSP)與現(xiàn)場可編程門陣列(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)計了相應的控制器。DSP負責電壓外環(huán)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(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制(SPWM)驅(qū)動算法；DSP與FPGA之間通過串行外設(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，而且實現(xiàn)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(wǎng)逆變器中，仿真和現(xiàn)場試驗結(jié)果表明，并網(wǎng)運行性能良好。
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)；數(shù)字信號處理器；現(xiàn)場可編程門陣列

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芯片進行設(shè)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(jié)構(gòu)變復雜后，由于軟件中斷發(fā)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(xiàn)故障的幾率增加。故采用DSP單一處理器來設(shè)計系統(tǒng)存在一定的缺陷。FPGA可根據(jù)實際控制需要靈活配置其內(nèi)部具體邏輯電路功能，有利于實現(xiàn)功能模塊化，提高系統(tǒng)的可靠性。而DSP在實時數(shù)據(jù)處理速度與系統(tǒng)控制方面存在明顯的優(yōu)勢。因此，如何將DSP快速運算的實時性與FPGA的高可靠性相結(jié)合，并以此結(jié)構(gòu)來設(shè)計光伏并網(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信號來驅(qū)動三相逆變器工作，將光伏陣列輸出的直流電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟妷?，通過濾波電路濾波后并入電網(wǎng)；DSP控制器負責電壓外環(huán)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(nèi)環(huán)控制和SPWM驅(qū)動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)動信號。