一种用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核技术方案

一种用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核，所述最大功率跟踪控制器IP核包括Avalon接口单元，寄存器文件单元和任务逻辑单元，Avalon接口单元一端通过设定Avalon接口类型信号线与Avalon总线相连，另一端通过内部数据线与寄存器文件单元相互通信；寄存器文件单元中设定有多个寄存器，所述寄存器文件单元与任务逻辑单元相互通信；任务逻辑单元包括最大功率跟踪控制模块和A/D转换控制模块，任务逻辑单元还通过应用端口信号与外部芯片相连。本实用新型专利技术的光伏MPPT控制器IP核，工作稳定，能快速跟踪光伏电池最大功率点，具有较好的实用价值。

A maximum power point tracking controller IP core for photovoltaic power generation system

A maximum power tracking controller IP core for a photovoltaic power generation system. The IP core of the maximum power tracking controller includes a Avalon interface unit, a register file unit and a task logic unit. One end of the Avalon interface unit is connected to the Avalon line by setting the Avalon interface type signal line, and the other end through the internal data line and the other end. The register file units communicate with each other; the register file unit is set with multiple registers. The register file unit communicate with the task logic unit. The task logic unit includes the maximum power tracking control module and the A/D conversion control module. The task logic unit also connects the application port signal to the external chip. . The photovoltaic MPPT controller IP core of the utility model works stably, and can quickly track the maximum power point of the photovoltaic cell, and has good practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核
本技术涉及一种控制器IP(知识产权)核，尤其是涉及一种用于光伏发电系统的控制器IP(知识产权)核。
技术介绍
随着世界能源危机加剧和人类生存环境日益恶化，太阳能绿色能源开发，越来越来得到了人们的关注和重视。光伏发电是太阳能利用的重要方式，也是解决当前能源短缺问题和环境问题的重要手段之一。但由于光伏电池的电气特性对光照强度和环境温度的变化敏感，使光伏电池输出功率呈现非线性特点。因此，如何根据环境因素的变化，跟踪光伏电池的最大功率点变化，对于提高光伏系统的转换效率至关重要。目前，国内外学者对光伏系统的最大功率跟踪(MPPT)问题，做过大量研究工作，提出很多最大功率跟踪(MPPT)算法。例如，根据光伏电池的输出特性和数学模型，提出一种采用阈值电流和微变步长扰动法的开路电压和短路电流相结合的MPPT算法。针对定步长扰动观察法存在的不足，提出一种基于电流预测控制的自适应变步长最大功率跟踪方法。根据融合恒定电压法与扰动观察法的优点，并结合大步长扰动法和小步长扰动法，提出了一种改进的电压自寻优扰动观察法。针对扰动观察法(P&O)算法在最大功率点附近出现振荡问题，提出一种零均值电导增量最大功率点跟踪控制方法。针对光伏阵列的功率输出在局部阴影情况下，出现多个局部功率极值点的特性，提出基于粒子群优化算法的最大功率跟踪(MPPT)算法等。然而上述算法都具有缺点，相应的硬件要求高，结构复杂。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术提出了一种利用现场可编程门阵列(FPGA)，采用三点比较MPPT算法，设计一款光伏系统MPPT控制IP(知识产权)核，这种新的最大功率跟踪控制器，能够适应更简易、高效的算法。具体而言，本专利技术采用如下技术方案：一种用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP(知识产权)核，所述最大功率跟踪控制器包括Avalon(阿瓦隆)接口单元，寄存器文件单元和任务逻辑单元，Avalon(阿瓦隆)接口单元一端通过设定Avalon(阿瓦隆)接口类型信号线与Avalon(阿瓦隆)总线相连，另一端通过内部数据线与寄存器文件单元相互通信；寄存器文件单元中设定有多个寄存器，所述寄存器文件单元与任务逻辑单元相互通信；任务逻辑单元包括最大功率跟踪控制模块和A/D转换控制模块，任务逻辑单元还通过应用端口信号与外部芯片相连。进一步的，在Avalon接口单元为Avalon-MM接口类型，还具有时钟、片选、地址、复位、读取、写入、读取数据和写入数据信号接口。进一步的，所述多个寄存器包括控制寄存器Control_Reg、采样倍率寄存器Sample_Reg、电压寄存器Volt_Reg、电流寄存器Current_Reg、PWM占空寄存器和3个功率寄存器Power_Reg。本技术的有益效果为：本技术的光伏MPPT控制器，工作稳定，能快速跟踪光伏电池最大功率点，具有较好的实用价值。附图说明当结合附图考虑时，参考下面的描述能够很好的理解本技术的结构、原理、工作特点和优点，但此处说明的附图用来对本技术的进一步解释，所附示意图只是为了更好的对本技术进行说明，并不对本技术构成不当限定，其中：图1为本技术用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核的逻辑结构示意图；图2是本技术的用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核所实现的三点比较MPPT算法的原理图；图3是本技术的用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核的VerlogHDL语言实现流程图；图4是本技术的用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核的测试效果图。具体实施方式下面结合实例和附图对本技术作进一步的描述，应当指出的是，以下实施例仅仅为示意性的，其并非意图限制本技术。如图1所示，该最大功率跟踪控制器包括Avalon接口单元，该Avalon接口单元与寄存器文件单元相互通信，寄存器文件单元与任务逻辑单元相互通信。其中，根据Avalon总线规范，把最大功率(MPPT)跟踪控制器IP核分成Avalon接口单元、寄存器文件单元和任务逻辑单元大功能模块。在Avalon接口单元中，通过定义Avalon总线接口类型及其信号，把MPPT控制模块天衣无缝连接到SOPC系统中。Avalon接口单元，是MPPT控制IP核的前端单元，一端通过定义Avalon接口信号线与Avalon总线相连，另一端通过内部数据线与寄存器文件单元相互通信。Avalon接口单元的地址译码器，用于对地址信号进行译码，能实现NiosII软核CPU通过地址来访问寄存器。在本IP核设计中，本IP核选择采用Avalon-MM接口类型，还定义了时钟(clk)、片选(chipselect)、地址(address)、复位(reset)、读取(read)、写入(write)、读取数据(readdata)和写入数据(writedata)等信号。在寄存器文件中定义一定数目寄存器，这些寄存器包括控制寄存器、采样倍率寄存器、电流寄存器、电压寄存器功率寄存器1-3和PWM占空比寄存器等。内部寄存器是任务逻辑和NiosII软核CPU的桥梁，用于保存控制指令和数据。在本控制IP核中，一共定义了8个寄存器，它们是控制寄存器Control_Reg、采样倍率寄存器Sample_Reg、电压寄存器Volt_Reg、电流寄存器Current_Reg、PWM占空寄存器Duty_Reg和3个功率寄存器Power_Reg寄存器，在任务逻辑单元中，通过定义了MPPT控制模块和A/D转换控制模块，实现MPPT控制IP核的功能，任务逻辑单元还通过应用端口信号与外围的AD7606芯片相连。任务逻辑单元是MPPT控制IP核的功能模块。任务逻辑单元用硬件描述语言VerlogHDL来设计。该最大功率跟踪控制器用于实现三点比较MPPT算法，三点比较MPPT算法的原理如图2所示，假设点A是当前工作点，并在点A前后再分别选取B和C两点作为比较点。由图2可知：当前工作点A的位置关系有如下几种情况：(1)当关系式PC<PA<PB或PC<PA≤PB成立时，说明当前工作点A位于最大功率点(UM)的左边；(2)当关系式PC>PA>PB或PC≥PA>PB成立时，说明当前工作点A位于最大功率点的右边；(3)当关系式PC<PA和PA>PB同时成立时，说明工作点A位于最大功率点处附近。三点比较MPPT算法扰动方向由A、B和C三点功率大小共同确定，扰动方向如(1)式所示。图3为MPPT控制器的VerlogHDL语言实现流程图，为了提高可靠性，本设计采用状态机实现三点比较MPPT算法。在第1个时钟上升沿到来时，状态机先设置当前工作状态的PWM模块占空比值DPWM,等到第2个时钟上升沿时，状态机读取当前工作状态下的功率PA，并设置好B点处的PWM模块占空比值DPWM-1，等到第3个时钟上升沿到来时，状态机读取B点的光伏电池输出功率功率PB并设置C点处的PWM模块占空比值DPWM+1，等到第4个时钟上升沿到来时，状态机读再取光伏电池输出功率PC，等到第5个时钟上升沿到来时，状态机才比较PA、PB和P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核，其特征在于，所述最大功率跟踪控制器IP核包括Avalon接口单元，寄存器文件单元和任务逻辑单元，Avalon接口单元一端通过设定Avalon接口类型信号线与Avalon总线相连，另一端通过内部数据线与寄存器文件单元相互通信；寄存器文件单元中设定有多个寄存器，所述寄存器文件单元与任务逻辑单元相互通信；任务逻辑单元包括最大功率跟踪控制模块和A/D转换控制模块，任务逻辑单元还通过应用端口信号与外部芯片相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于光伏发电系统的最大功率跟踪控制器IP核，其特征在于，所述最大功率跟踪控制器IP核包括Avalon接口单元，寄存器文件单元和任务逻辑单元，Avalon接口单元一端通过设定Avalon接口类型信号线与Avalon总线相连，另一端通过内部数据线与寄存器文件单元相互通信；寄存器文件单元中设定有多个寄存器，所述寄存器文件单元与任务逻辑单元相互通信；任务逻辑单元包括最大功率跟踪控制模块和A/D转换控制模块，任务逻辑单...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀增，肖丽玲，
申请(专利权)人：广西民族师范学院，
类型：新型
国别省市：广西,45