基于MCU-FPGA的風光逆變并網系統設計
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2 主回路電器選擇以及參數計算
系統主回路由DC-AC變換器電路以及對輸入／輸出波形的整形和測量電路構成。為了減少損耗，同時又防止被反向擊穿，主開關管選IRFB52N15(額定電流60A，耐壓150V，導通電阻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置的死區，開關時間和功率器件參數差異等因素，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)，得到對應的截止頻率
設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)，電感對基波信號的阻抗很小，電容對基波的分流很小，即電感對基波信號的阻抗很小，電容對基波的分流很，即濾波器允許基波信號通過，而ωkL>>1／(ωkC)，電感對諧波信號阻抗很大，電容對諧波信號的分流很大，即濾波器不允許諧波信號通過負載，一般取濾波器的截止頻率fc=(3～5)f0，為了避免對某次諧波過度放大，取fc= 4．5f0=1 800 Hz，逆變器的輸出功率和輸出電壓求得負載阻抗RL，濾波器的標稱特性阻抗R=(0．5～0．8)RL，則Lf=R／(4πfC)，Cf=Lf ／R2= 1／(2πfCR)。實際電路中，L取200 μH，C=470μF。3 控制與算法設計
該系統的MCU選擇的MSP430，MSP430系列是TI公司推出的超低功耗16單片機，性價比高，功能強，運行的速度快，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，監測輸入電流、電壓，過流、欠壓時保護和故障排除后恢復；采樣輸出電壓和電壓跟蹤最大功率；顯示當前系統狀態和輸出的相關數據。
3．1 最大功率追蹤算法
最大功率點跟蹤算法根據判斷原理和實現方法，大概可以歸納為六種：恒定電壓及其改進算法、恒定電流及其改進算法、擾動觀察法、增量電導法、模糊邏輯控制算法及神經網絡控制算法。本文引用地址：http://www.104case.com/article/190140.htm
擾動觀察法是一種較為簡單實用且容易實現的方法，其思想是通過周期性的給電源的輸出電壓加擾動△V，測得電源的輸出電流和電壓，比較該采樣時刻的輸出功率P(t)與前一采樣時刻輸出功率P(t-1)的大小；如果P(t)>P(t-1)，則在下一周期以同樣方向加擾動，否則改變擾動的方向，這樣逐步逼近最大功率點。但跟蹤步長的設定無法兼顧跟蹤精度和響應速度，在最大功率點附近振蕩運行，會導致一定功率損失。
3．2 基于FPGA的相位追蹤
該系統中產生的SPWM信號的正弦基波信號是FPGA內部的地址每次累加1位，然后查詢FPGA內存儲了正弦表的ROM，現將外部參考正弦信號和本系統自已產生的正弦波形通過比較器整形后的信號都輸入FPGA，通過FPGA內部的異或門后得到的新信號，新信號為高表明兩路信號依然存在相位差，這時FPGA內部的地址累加器遞增2位，即讓自己產生的正弦波的相位向前遞增一個量化值，直至兩路信號異或的結果完全為低為
止。由于FPGA的高速運算，整個相位的追蹤在兩個周期以內可以完成，能滿足市場應用的要求。
4 結語
該系統以MCU-FPGA為構架，實現了風光逆變并網系統。系統充分利用了數字系統的計算精度，將逆變波形與外網市電的相位差控制在2°以內，并且通過最大功率追蹤，讓太陽能電池板或者風力發電機的發電效率達到最大。該系統成本低，體積小，且人性化設計，方便今后直接大批量投入市場使用。
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