專利名稱：一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制電路，具體涉及一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路。
背景技術(shù)：
目前在光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，控制系統(tǒng)主要基于DSP芯片來設(shè)計(jì)，由于DSP芯片都是基于軟件編程來完成相應(yīng)的控制功能，因此一旦與DSP芯片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)，如方波信號(hào)，造成一定的延時(shí)，導(dǎo)致程序運(yùn)行故障的幾率增加。而在各種控制系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛的現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA則可根據(jù)實(shí)際控制需要靈活配置其內(nèi)部的具體邏輯電路功能，有利于實(shí)現(xiàn)功能模塊化，提高系統(tǒng)的可靠性。因此，如何將DSP快速運(yùn)算的實(shí)時(shí)性和FPGA的高可靠性融為一體，并以此DSP和FPGA雙處理器硬件結(jié)構(gòu)來綜合設(shè)計(jì)單級(jí)三相光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)具有重要意義。
實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路，將DSP和FPGA集成一體，實(shí)現(xiàn)單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的高度可靠性、高度模塊化和獨(dú)立控制各相電流的功能。本實(shí)用新型提供的一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路，其改進(jìn)之處在于，所述控制電路包括光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、DSP處理器、第一 FPGA處理器、第二 FPGA處理器和第三FPGA處理器；所述DSP處理器分別與所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、所述第一 FPGA處理器、所述第二FPGA處理器和所述第三FPGA處理器連接。其中，所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列、二極管、電容、逆變電路和電網(wǎng)；所述光伏列陣與是二極管串聯(lián)后與所述電容和所述逆變器并聯(lián)；所述逆變器的輸出端接入所述電網(wǎng)。其中，所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括電阻和電感；所述逆變電路通過串聯(lián)的電感和電阻接入電網(wǎng)。其中，所述DSP處理器包括依次連接的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元、電壓PI調(diào)節(jié)器、dq變換單元和鎖相環(huán)；其中，dq變換單元也稱為dq變換環(huán)節(jié)；所述最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元的輸入端是將所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電容值和流過二極管的電流值為輸入信號(hào)；所述最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元的輸出端將信號(hào)傳給所述電壓PI調(diào)節(jié)器；所述電壓PI調(diào)節(jié)器將處理后的信號(hào)傳給dq變換單元；所述鎖相環(huán)是將所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓信號(hào)作為輸入端信號(hào)；所述鎖相環(huán)輸出端將信號(hào)傳給dq變換單兀；所述dq變換單元的輸出端通過串行外圍接口 SPI分別與所述第一 FPGA處理器、所述第二 FPGA處理器和所述第三FPGA處理器的輸入端連接。[0013]其中，所述第一 FPGA處理器、所述第二 FPGA處理器和所述第三FPGA處理器的輸出端分別與所述逆變電路連接。與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型的有益效果為I)高可靠性。數(shù)字信號(hào)處理器DSP負(fù)責(zé)光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤和電壓外環(huán)控制，第一 FPGA處理器負(fù)責(zé)A相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制算法，第二 FPGA處理器負(fù)責(zé)B相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制算法，第三FPGA處理器負(fù)責(zé)C相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制算法，且DSP通過串行外圍接口 SPI分別與第一第二、第三FPGA處理器之間高速通信，如此則充分將DSP的快速運(yùn)算性能和FPGA的高可靠性有機(jī)融為一體，使整個(gè)單級(jí)三相光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)具有高可靠性；2)高度模塊化。由于數(shù)字信號(hào)處理器DSP負(fù)責(zé)光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤和電壓外環(huán)控制，第一 FPGA處理器負(fù)責(zé)A相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制算法，第二 FPGA處理器負(fù)責(zé)B相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制算法，第三FPGA處理器負(fù)責(zé)C相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制算法，因此整個(gè)單級(jí)三相光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)各部分控制功能的模塊化程度非常聞。3)各相電流獨(dú)立調(diào)節(jié)。由于將三相電流控制分解為A相電流單獨(dú)控制、B相電流單獨(dú)控制和C相電流單獨(dú)控制，且A相電流控制功能單獨(dú)采用第一 FPGA處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，B相電流控制功能單獨(dú)采用第二 FPGA處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，C相電流控制功能單獨(dú)采用第三FPGA處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了單級(jí)三相光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)的各相電流獨(dú)立調(diào)節(jié)。
圖I為本實(shí)用新型提供的單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)用新型提供的一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路如圖I所示，包括光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、DSP處理器和FPGA處理器I (稱為第一 FPGA處理器)、FPGA處理器2 (稱為第二 FPGA處理器)、FPGA處理器3 (稱為第三FPGA處理器)；DSP處理器分別與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、FPGA處理器I、FPGA處理器2和FPGA處理器3連接。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列、二極管、電容、逆變電路、電網(wǎng)、電阻和電感；光伏列陣與是二極管串聯(lián)后與電容和逆變器并聯(lián)；逆變器的輸出端通過串聯(lián)的電感和電阻接入電網(wǎng)。DSP處理器包括依次連接的MPPT單元、電壓PI調(diào)節(jié)器、dq變換單元和鎖相環(huán)；MPPT的輸入端是將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電容值和流過二極管的電流值為輸入信號(hào)；MPPT的輸出端輸出電壓信號(hào)與電容電壓信號(hào)做差值作為電壓PI調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)，電壓PI調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)傳給dq變換單元；鎖相環(huán)是將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓信號(hào)作為輸入端信號(hào)，其輸出信號(hào)傳給dq變換單元；dq變換單元的輸出端分別與第一 FPGA處理器、第二 FPGA處理器和第三FPGA處理器的輸入端連接。第一 FPGA處理器、第二 FPGA處理器和第三FPGA處理器的輸出端分別與所述逆變電路的IGBT模塊連接。IGBT模塊包括反并聯(lián)的IGBT和二極管。[0023]首先通過數(shù)字信號(hào)處理器DSP進(jìn)行光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤和電壓外環(huán)控制并通過串行外圍接口 SPI通信給第一FPGA處理器發(fā)送A相給定電流信號(hào)ia,ef，給第二FPGA處理器發(fā)送B相給定電流信號(hào)ifcef，給第三FPGA處理器發(fā)送C相給定電流信號(hào)iraef ;然后通過第一可編程邏輯門陣列FPGA處理器進(jìn)行A相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制后給光伏并網(wǎng)逆變器A相上、下橋臂發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過第二 FPGA處理器進(jìn)行B相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制后給光伏并網(wǎng)逆變器B相上、下橋臂發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過第三FPGA處理器進(jìn)行C相電流內(nèi)環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制后給光伏并網(wǎng)逆變器C相上、下橋臂發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)。如此則充分將DSP的快速運(yùn)算性能和FPGA的高可靠性有機(jī)融為一體，且實(shí)現(xiàn)各相電流獨(dú)立調(diào)節(jié)。本實(shí)施例根據(jù)上述電路提供的控制方法，包括如下步驟步驟(I):利用數(shù)字信號(hào)DSP處理器檢測(cè)市電電網(wǎng)的A、B、C三相電壓信號(hào)ea、eb和e。以及光伏陣列輸出電壓Upv和電流ipv ；步驟(2):利用第一可編程邏輯門陣列FPGA處理器檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的A相電流信號(hào)ia，利用第二 FPGA處理器檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的B相電流信號(hào)ib，利用第三FPGA處理器檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的的C相電流信號(hào)ic ；步驟(3):在DSP處理器內(nèi)，首先根據(jù)光伏陣列輸出電壓Upv和電流ipv采用常用的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元的擾動(dòng)觀察，求得光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓uMf ;然后將光伏陣列輸出電壓Upv與光伏陣列最大功率點(diǎn)參考電壓uMf的差值經(jīng)過電壓比例積分PI調(diào)節(jié)器后得到逆變器輸出的d軸參考電流idMf ;接著根據(jù)市電電網(wǎng)的A、B、C三相電壓信號(hào)ea、eb和e。通過鎖相環(huán)PLL方法求出電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度Θ ;最后，為使逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，設(shè)置逆變器輸出的q軸參考電流i_f=0，并利用電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)角度Θ將逆變器輸出的d軸參考電流idMf和逆變器輸出的q軸參考電流i_f進(jìn)行dq矢量旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到abc三相靜止坐標(biāo)系的變換，得到A相給定電流信號(hào)imef、B相給定電流信號(hào)、％和C相給定電流信號(hào)i_f ;步驟(4):DSP處理器通過串行外圍接口 SPI通信將A相給定電流信號(hào)iaMf和市電電網(wǎng)的A相電壓信號(hào)ea傳輸給第一 FPGA處理器,將B相給定電流信號(hào)ibref和市電電網(wǎng)的B相電壓信號(hào)eb傳輸給第二 FPGA處理器,將C相給定電流信號(hào)iraef和市電電網(wǎng)的C相電壓信號(hào)e。傳輸給第三FPGA處理器，將光伏陣列輸出電壓Upv傳輸給第一、第二和第三FPGA處理器；步驟(5):第一 FPGA處理器根據(jù)A相給定電流信號(hào)imef和光伏并網(wǎng)逆變器輸出的A相電流信號(hào)ia的差值通過第一電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后與市電電網(wǎng)的A相電壓信號(hào)ea相加得到A相電壓調(diào)制信號(hào)Ual ;然后根據(jù)A相電壓調(diào)制信號(hào)Ual和光伏陣列輸出電壓Upv通過正弦脈寬調(diào)制SPWM算法得到光伏并網(wǎng)逆變器A相上橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWMl和A相下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM2 ；步驟(6):第二 FPGA處理器根據(jù)B相給定電流信號(hào)itof和光伏并網(wǎng)逆變器輸出的B相電流信號(hào)ib的差值通過第二電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后與市電電網(wǎng)的B相電壓信號(hào)eb相加得到B相電壓調(diào)制信號(hào)Ubl ;然后根據(jù)B相電壓調(diào)制信號(hào)Ubl和光伏陣列輸出電壓Upv通過正弦脈寬調(diào)制SPWM算法得到光伏并網(wǎng)逆變器B相上橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM3和B相下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM4 ；[0031 ] 步驟(7):第三FPGA處理器根據(jù)C相給定電流信號(hào)iraef和光伏并網(wǎng)逆變器輸出的C相電流信號(hào)i。的差值通過第三電流比例積分PI調(diào)節(jié)器后與市電電網(wǎng)的C相電壓信號(hào)ec相加得到C相電壓調(diào)制信號(hào)Uca ;然后根據(jù)C相電壓調(diào)制信號(hào)Ubl和光伏陣列輸出電壓Upv通過正弦脈寬調(diào)制SPWM算法得到光伏并網(wǎng)逆變器C相上橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM5和C相下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM6。由于步驟5、步驟6和步驟7將三相電流控制分解為A相電流單獨(dú)控制、B相電流單獨(dú)控制和C相電流單獨(dú)控制，且A相電流控制功能單獨(dú)采用第一 FPGA處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，B相電流控制功能單獨(dú)采用第二 FPGA處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，C相電流控制功能單獨(dú)采用第三FPGA處理器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了單級(jí)三相光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)的各相電流獨(dú)立調(diào)節(jié)。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路，其特征在于，所述控制電路包括光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、DSP處理器、第一 FPGA處理器、第二 FPGA處理器和第三FPGA處理器； 所述DSP處理器分別與所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、所述第一 FPGA處理器、所述第二 FPGA處理器和所述第三FPGA處理器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括光伏陣列、二極管、電容、逆變電路和電網(wǎng)； 所述光伏列陣與是二極管串聯(lián)后與所述電容和所述逆變器并聯(lián)；所述逆變器的輸出端接入所述電網(wǎng)。
3.如權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于，所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括電阻和電感；所述逆變電路通過串聯(lián)的電感和電阻接入電網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述DSP處理器包括依次連接的最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元、電壓PI調(diào)節(jié)器、dq變換單元和鎖相環(huán)； 所述最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元的輸入端是將所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電容值和流過二極管的電流值為輸入信號(hào)；所述最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT單元的輸出端將信號(hào)傳給所述電壓PI調(diào)節(jié)器；所述電壓PI調(diào)節(jié)器將處理后的信號(hào)傳給dq變換單元； 所述鎖相環(huán)是將所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)電壓信號(hào)作為輸入端信號(hào)；所述鎖相環(huán)輸出端將信號(hào)傳給dq變換單元； 所述dq變換單元的輸出端通過串行外圍接口 SPI分別與所述第一 FPGA處理器、所述第二 FPGA處理器和所述第三FPGA處理器的輸入端連接。
5.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述第一FPGA處理器、所述第二 FPGA處理器和所述第三FPGA處理器的輸出端分別與所述逆變電路連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制電路，包括光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、DSP處理器和FPGA處理器(1、2、3)；所述DSP處理器分別與所述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、所述FPGA(1)、所述FPGA(2)和所述FPGA(3)連接。本實(shí)用新型將DSP和FPGA集成一體，實(shí)現(xiàn)了單級(jí)三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的高度可靠性、高度模塊化和獨(dú)立控制各相電流的功能。
文檔編號(hào)H02J3/38GK202817785SQ20122020525
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月9日
發(fā)明者鄭飛, 丁杰, 吳福保, 呂宏水, 張軍軍, 秦筱迪, 黃晶生 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院