［2011年2月ElectricPowerAutomationEquipmentFeb.2011］Ipv单相逆变器RLT1:2固态继电器UpvCi01AC光伏阵列基于HCPL-316J的驱动电路Upv基于压频转换器的采样电路基于压频转换PWM3PWM1PWM4PWM21Ipv最大功率点跟踪SPI通信i0u0器的采样电路2基于压频转换器的采样电路3基于压频转换器的采样电路4直流母线电压控制DSP控制器SPWM驱动算法无差拍控制数字锁相环算法FPGA控制器并网驱动电路PWM5过零检测电路第31卷第2期电力自动化设备Vol．31No.2基于DSP和FPGA的光伏并网控制器设计与实现郑飞，费树岷，周杏鹏（东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室，江苏南京210096）摘要：提出一种DSP和现场可编程门阵列（FPGA）双CPU结构的新型单相光伏并网控制方案。DSP负责基于压频转换器的高精度数据采集、最大功率点跟踪算法和电压控制环,并将计算出的最大功率点跟踪电流通过串行外围设备接口（SPI）通信方式传送给FPGA；FPGA负责新型电网电压数字锁相环算法、电流环无差拍控制和正弦脉宽调制（SPWM）驱动算法，并通过光耦HCPL-316J驱动电路控制逆变器各桥臂开关的通断。该方案被应用于一台5kW单相光伏并网逆变器中。实验表明：该控制器集DSP快速运算性能和FPGA的高可靠性于一体，并网运行性能好。关键词：单相光伏并网；现场可编程门阵列；压频转换；数字锁相环；驱动电路中图分类号：TM761文献标识码：A文章编号：1006－6047（2011）02－0084－060引言光伏并网控制器作为光伏并网系统的控制核心，负责将光伏阵列的直流电逆变为与电网电压同频同相的交流电并入电网，其实时性和稳定性对于复杂天气条件下的稳定并网运行具有重要作用。目前光伏并网控制器一般采用DSP进行设计［1-7］，DSP虽然在快速运算方面具有优越性，但是在要求高可靠性的电路驱动方面，却不如将驱动算法以电路逻辑方式固化的现场可编程门阵列（FPGA），故基于DSP和FPGA双CPU结构的控制器在有源电力滤波器、逆变器电源等中得到了很好的应用8-10。现提出一种DSP和FPGA双CPU结构的新型单相光伏并网控制方案。首先DSP通过基于压频转换器的高精度数据采集、最大功率点跟踪算法［11-13］和电压控制环计算出最大功率点跟踪电流，然后通过串行外围设备接口（SPI）通信方式将此电流传送给FPGA，FPGA通过新型电网电压数字锁相环算法、电流环无差拍控制［14-15］和正弦脉宽调制（SPWM）驱动算法发出SPWM波形，并通过光耦HCPL-316J驱动电路控制逆变器各桥臂开关的通断，最后将该方案应用于5kW单相光伏并网系统中，并给出并网实验效果。1系统总体设计图1单相光伏并网系统框图Fig.1Blockdiagramofsingle-phasePVgrid-connectedsystem制器控制发出SPWM信号驱动单相逆变器工作，将光伏阵列输出的直流电压逆变为交流电压，并通过滤波器滤波后并入电网。具体工作流程为：FPGA根据过零检测电路产生的与电网电压同步的方波信号和数字锁相环算法，产生一个与电网电压同频同相的基准正弦信号，并以基准正弦数组的形式存放在其内部；DSP通过4个基于压频转换器的采样电路分别采集光伏阵列输出电压U和电流I、逆变器输出电流i、电网电压pvpv0如图1所示，光伏并网系统功率电路主要包括光u，根据最大功率点跟踪算法［11-13］和直流母线电压调0伏阵列、防反冲二极管、稳压电容、单相逆变器、滤波节器计算最大功率点跟踪电流I，并通过SPI通信ref电抗器、工频隔离变压器和并网固态继电器，控制系接口将Iref传输给FPGA；FPGA将Iref与基准正弦数统主要由DSP和FPGA2个部分构成。系统工作原理为：基于DSP和FPGA双CPU结构的光伏并网控收稿日期：2010-10-24；修回日期：2010-12-09组指针所对应数据相乘，形成幅值可调的正弦电流指令。由于基准正弦数组指针是与电网电压同步的，因此得到的正弦电流指令也与电网电压同步，在无差拍控制［14-15］作用下，形成一个新的数组，将此数组5并网电流i定时器控制信号输出0DSP送入SPWM发生器的比较器中，一旦三角载波的计数值与该数组中的值相匹配，则PWM脉冲电平翻转，并且经死区控制器后，控制单相逆变器的4个IGBT功率管的通断，实现逆变器输出电流跟踪给定的正弦电流指令，保证逆变器输出电流与电网电压同频同相；一旦...