基于MCU-FPGA的風(fēng)光逆變并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計
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2 主回路電器選擇以及參數(shù)計算
系統(tǒng)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(gòu)成。為了減少損耗，同時又防止被反向擊穿，主開關(guān)管選IRFB52N15(額定電流60A，耐壓150V，導(dǎo)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(shè)置的死區(qū)，開關(guān)時間和功率器件參數(shù)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(yīng)的截止頻率
設(shè)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(shè)計
該系統(tǒng)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(jiān)測輸入電流、電壓，過流、欠壓時保護和故障排除后恢復(fù)；采樣輸出電壓和電壓跟蹤最大功率；顯示當前系統(tǒng)狀態(tài)和輸出的相關(guān)數(shù)據(jù)。
3．1 最大功率追蹤算法
最大功率點跟蹤算法根據(jù)判斷原理和實現(xiàn)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(dǎo)法、模糊邏輯控制算法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。本文引用地址：http://2s4d.com/article/190140.htm
擾動觀察法是一種較為簡單實用且容易實現(xiàn)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?。蝗绻鸓(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(shè)定無法兼顧跟蹤精度和響應(yīng)速度，在最大功率點附近振蕩運行，會導(dǎo)致一定功率損失。
3．2 基于FPGA的相位追蹤
該系統(tǒng)中產(chǎn)生的SPWM信號的正弦基波信號是FPGA內(nèi)部的地址每次累加1位，然后查詢FPGA內(nèi)存儲了正弦表的ROM，現(xiàn)將外部參考正弦信號和本系統(tǒng)自已產(chǎn)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(nèi)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(nèi)部的地址累加器遞增2位，即讓自己產(chǎn)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(jié)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(nèi)可以完成，能滿足市場應(yīng)用的要求。
4 結(jié)語
該系統(tǒng)以MCU-FPGA為構(gòu)架，實現(xiàn)了風(fēng)光逆變并網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用了數(shù)字系統(tǒng)的計算精度，將逆變波形與外網(wǎng)市電的相位差控制在2°以內(nèi)，并且通過最大功率追蹤，讓太陽能電池板或者風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電效率達到最大。該系統(tǒng)成本低，體積小，且人性化設(shè)計，方便今后直接大批量投入市場使用。
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