一种DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器技术方案

本实用新型专利技术公开了一种DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，包括通过I/O端口相连的DSP和FPGA；所述的DSP通过A/D端口与模拟量采集模块相连；所述的模拟量采集模块通过硬件保护比较电路与FPGA的IN端口相连；所述的FPGA与DC、AC故障信号模块相连；所述的FPGA通过缓冲电路与输出DC、ACPWM驱动和复位信号模块相连；所述的DSP和FPGA通过驱动电路与并网继电器模块相连。本实用新型专利技术的DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，充分发挥DSP和FPGA的各自功能，对光伏并网逆变器既有软件的运算控制保护，又有硬件的高效实时保护，FPGA的加入增加了DSP控制系统的保护功能冗余性，使光伏并网逆变器具有高性能、高可靠性、高安全性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光伏并网逆变器，具体涉及一种DSP (Digital SignalProcessor,数字信号处理器)和FPGA (Field-Programmable Gate Array,可编程逻辑器件阵列)双控制系统光伏并网逆变器。
技术介绍
光伏并网逆变器是太阳能发电的核心部件，是由太阳能电池板电压经DC/DC直流到直流升压，并进行最大功率点MPPT的跟踪，到DC/AC直流到交流逆变，输出与电网同电压同频率同相位的交流电，在此过程中，需大量实时处理电压、电流、频率、功率等各种信号，并同时进行孤岛效应的监测。DSP可以完成以上工作，并用软件完成各种保护功能。这样仅仅使用现有的DSP软件系统完成的保护功能，保护时速度较慢，特别是对DC/DC升压，DC/AC逆变中使用的高电压大电流大功率器件发生致命故障时不能及时快速提供保护，造成器件 损坏或使用寿命降低，而对并网继电器开、关控制的不及时，会造成安全问题，并且并网逆变器需要有冗余保护功能，即主控DSP程序意外跑飞还要能够完成保护功能。
技术实现思路
专利技术目的针对现有技术中存在的不足，本技术的目的是提供一种DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，以实现满足高性能、高可靠性、高安全性的要求。技术方案为了实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案如下一种DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，包括通过I/O端口相连的DSP和FPGA ;所述的DSP通过A/D端口与模拟量采集模块相连；所述的模拟量采集模块通过硬件保护比较电路与FPGA的IN端口相连；所述的FPGA与DC、AC故障信号模块相连；所述的FPGA通过缓冲电路与输出DC、AC PWM驱动和复位信号模块相连；所述的DSP和FPGA通过驱动电路与并网继电器模块相连。所述并网继电器共有四只，所述的DSP和FPGA通过驱动电路分别控制四只并网继电器中的二只。所述的模拟量采集模块包括直流输入电压信号采集模块、直流输入电流信号采集模块、电网电压信号采集模块、并网输出电压信号采集模块、并网输出电流信号采集模块、直流总线电压信号采集模块、交流漏电保护信号采集模块、直流漏电保护信号采集模块和温度保护信号采集模块。所述的DSP通过I/O端口与通讯监控模块相连本技术的DSP和FPGA组成双控制系统光伏并网逆变器，DSP输入模拟量采集后的光伏逆变器工作状况信号，进行A/D模数转换，运行系统软件完成数据逻辑运算处理，FPGA输入故障和保护信号，DSP和FPGA信号相互交换，共同完成对光伏并网逆变器的系统控制。DSP具有强大的数据运算能力，能满足光伏并网逆变器的MPPT、防孤岛的大量数据的运算要求，作为光伏并网逆变器的核心处理单元，完成包括模拟量输入转换，系统数据逻辑运算，保护逻辑处理，通信功能。现场FPGA包括丰富的外部可编程接口，内部数据运行采用并行处理的方式，实时性高，通过FPGA和DSP配合使用，DC/DC升压，DC/AC逆变的PWM驱动和复位信号由FPGA和DSP双重控制。对DC/DC升压，DC/AC逆变使用的高电压大电流大功率器件的致命故障和逆变器重大故障FPGA进行实时采样及时处理，对涉及安全的并网继电器的开、关，由DSP和FPGA分别控制四只两串联继电器中的各二只，大大提高了逆变器的可靠性和安全性。有益效果本技术的DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，充分发挥DSP和FPGA的各自功能，对光伏并网逆变器既有软件的运算控制保护，又有硬件的高效实时保护，FPGA的加入增加了 DSP控制系统的保护功能冗余性，使光伏并网逆变器具有高性能、高可靠性、高安全性。附图说明图I是本技术的电气原理图；图2是本技术的并网继电器电路原理图；图3是3KW光伏并网逆变器的系统框图。具体实施方式下面结合具体附图对本技术做进一步的说明。如图I所示，DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，包括DSP和FPGA。模拟量采集模块，完成直流输入电压、直流输入电流、电网电压、并网输出电压、并网输出电流、直流总线电压、交流漏电保护、直流漏电保护、温度保护的信号采集。模拟信号输入接在DSP的A/D模数转换端口，DSP型号选用TMS320F28035PN，A/D有16个端口。DC、AC故障信号，硬件保护比较信号连接至FPGA，FPGA选用EPM3064A/TC44-10N，DSP与FPGA通过I/O端口相连。FPGA和DSP通过驱动模块与并网继电器相连。DSP进行数据运算，完成PV电池的最大功率MPPT跟踪，以及各项功能控制，根据数据运算结果进行相关的逻辑运算实现保护功能，生成逆变器的DC/DC升压、DC/AC逆变的功率管通断信号。DSP与FPGA进行数据交换，FPGA根据DSP生成的DC/DC升压、DC/AC逆变的功率管通断信号通过缓冲电路实现PWM信号输出。FPGA采集输入DC/DC升压、DC/AC逆变产生的故障信号和硬件保护比较信号，并与DSP数据交换，在DSP实现逻辑运算保护时，FPGA同时完成硬件的实时快速保护。其中FPGA的高速实时对DC/DC升压、DC/AC逆变中使用的高电压大电流大功率器件的保护，避免了器件的损坏，延长了器件使用寿命，提高了光伏并网逆变器的可靠性。图2为光伏并网逆变器的并网继电器电路原理图，图中K1、K2、K3、K4为继电器，U为驱动集成电路，型号选用MC1413，MC1413为高耐压、大电流达林顿阵列反向驱动器，由7个硅NPN达林顿管组成，内设7只二极管，可以直接推动继电器的线圈。FPGA控制K1、K2开、关，DSP控制Κ3、Κ4开、关，当逆变器并入电网时，需通过DSP软件运算处理后准入并网时Κ3、Κ4接通，并同时FPGA硬件检测通过准入并网时Kl、Κ2接通，逆变器才能并入电网，当电网异常，PV电池板异常，逆变器异常时产生保护信号后，DSP和FPGA控制关断继电器，只要DSP和FPGA控制的并网继电器，关闭任何一组，逆变器便脱离电网，大大提高了并网逆变器的安全性。图3为3KW光伏并网逆变器的系统框图，本技术描述其中的3KW光伏并网逆变器的DSP和FPGA的双控制系统部分。图中Ql为DC/DC直流升压开关功率管，Q2，Q3，Q4，Q5为DC/AC交流逆变开关功率管；控制系统分别生成DC/DC升压 和DC/AC逆变所需的PWM控制信号；并在DC/DC升压控制时通过软件运算完成太阳能电池的最大功率点MPPT跟踪；DSP和FPGA同时控制系统监测其运行状态，实时地对开关功率管提供保护；图中并网继电器K1、K2由FPGA控制，Κ3、Κ4由DSP控制；图中DSP通过I/O端口与通讯监控模块相连。权利要求1.一种DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，其特性在于包括通过I/O端口相连的DSP和FPGA ;所述的DSP通过A/D端口与模拟量采集模块相连；所述的模拟量采集模块通过硬件保护比较电路与FPGA的IN端口相连；所述的FPGA与DC、AC故障信号模块相连；所述的FPGA通过缓冲电路与输出DC、AC PWM驱动和复位信号模块相连；所述的DSP和FPGA通过驱动电路与并网继电器模块相连。2.根据权利要求I所述的DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，其特征在于所述并网继电器共有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DSP和FPGA双控制系统光伏并网逆变器，其特性在于：包括通过I/O端口相连的DSP和FPGA；所述的DSP通过A/D端口与模拟量采集模块相连；所述的模拟量采集模块通过硬件保护比较电路与FPGA的IN端口相连；所述的FPGA与DC、AC故障信号模块相连；所述的FPGA通过缓冲电路与输出DC、AC？PWM驱动和复位信号模块相连；所述的DSP和FPGA通过驱动电路与并网继电器模块相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁长茂，
申请(专利权)人：扬州申业达机械有限公司，
类型：实用新型
国别省市：