基于DSP和FPGA的一種新型光伏并網(wǎng)控制方法

摘要：基于數字信號處理器(DSP)與現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)，提出了一種適合光伏并網(wǎng)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(huán)控制以及最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制；FPGA負責帶電壓前饋的電流內環(huán)控制和正弦脈寬調制(SPWM)驅動(dòng)算法；DSP與FPGA之間通過(guò)串行外設接口SPI總線(xiàn)通訊。該控制結構不僅高度模塊化、穩定可靠，而且實(shí)現了三相電流獨立控制。最后進(jìn)行了仿真驗證，并實(shí)際應用在某500 kW光伏并網(wǎng)逆變器中，仿真和現場(chǎng)試驗結果表明，并網(wǎng)運行性能良好。
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)；數字信號處理器；現場(chǎng)可編程門(mén)陣列

1 引言
在光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，控制系統主要基于DSP芯片進(jìn)行設計。由于該芯片都是基于軟件編程來(lái)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(fā)生的不確定性，可能對邏輯信號造成一定延時(shí)，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(lái)設計系統存在一定的缺陷。FPGA可根據實(shí)際控制需要靈活配置其內部具體邏輯電路功能，有利于實(shí)現功能模塊化，提高系統的可靠性。而DSP在實(shí)時(shí)數據處理速度與系統控制方面存在明顯的優(yōu)勢。因此，如何將DSP快速運算的實(shí)時(shí)性與FPGA的高可靠性相結合，并以此結構來(lái)設計光伏并網(wǎng)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(wǎng)控制方案，其結構如圖1所示。

光伏并網(wǎng)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(wǎng)控制器的控制下，發(fā)出SPWM信號來(lái)驅動(dòng)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(guò)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(guò)串行外部接口SPI總線(xiàn)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(guò)帶電壓前饋的電流內環(huán)控制和SPWM驅動(dòng)算法給三相逆變器的a，b，c相上下橋臂發(fā)出6路脈沖驅動(dòng)信號。