一种单级三相光伏并网系统的控制电路技术方案

本实用新型专利技术涉及一种单级三相光伏并网系统的控制电路，包括光伏并网发电系统、DSP处理器和FPGA处理器（1、2、3）；所述DSP处理器分别与所述光伏并网发电系统、所述FPGA（1）、所述FPGA（2）和所述FPGA（3）连接。本实用新型专利技术将DSP和FPGA集成一体，实现了单级三相光伏并网系统的高度可靠性、高度模块化和独立控制各相电流的功能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种控制电路，具体涉及一种单级三相光伏并网系统的控制电路。
技术介绍
目前在光伏并网发电领域，控制系统主要基于DSP芯片来设计，由于DSP芯片都是基于软件编程来完成相应的控制功能，因此一旦与DSP芯片相配合的外围电路结构变复杂后，由于软件中断发生的不确定性，可能对逻辑信号，如方波信号，造成一定的延时，导致程序运行故障的几率增加。而在各种控制系统中应用越来越广泛的现场可编程门阵列FPGA则可根据实际控制需要灵活配置其内部的具体逻辑电路功能，有利于实现功能模块化，提高系统的可靠性。因此，如何将DSP快速运算的实时性和FPGA的高可靠性融为一体，并以此DSP和FPGA双处理器硬件结构来综合设计单级三相光伏并网控制系统具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种单级三相光伏并网系统的控制电路，将DSP和FPGA集成一体，实现单级三相光伏并网系统的高度可靠性、高度模块化和独立控制各相电流的功能。本技术提供的一种单级三相光伏并网系统的控制电路，其改进之处在于，所述控制电路包括光伏并网发电系统、DSP处理器、第一 FPGA处理器、第二 FPGA处理器和第三FPGA处理器；所述DSP处理器分别与所述光伏并网发电系统、所述第一 FPGA处理器、所述第二FPGA处理器和所述第三FPGA处理器连接。其中，所述光伏并网发电系统包括光伏阵列、二极管、电容、逆变电路和电网；所述光伏列阵与是二极管串联后与所述电容和所述逆变器并联；所述逆变器的输出端接入所述电网。其中，所述光伏并网发电系统包括电阻和电感；所述逆变电路通过串联的电感和电阻接入电网。其中，所述DSP处理器包括依次连接的最大功率点跟踪MPPT单元、电压PI调节器、dq变换单元和锁相环；其中，dq变换单元也称为dq变换环节；所述最大功率点跟踪MPPT单元的输入端是将所述光伏并网发电系统的电容值和流过二极管的电流值为输入信号；所述最大功率点跟踪MPPT单元的输出端将信号传给所述电压PI调节器；所述电压PI调节器将处理后的信号传给dq变换单元；所述锁相环是将所述光伏并网发电系统的电网电压信号作为输入端信号；所述锁相环输出端将信号传给dq变换单兀；所述dq变换单元的输出端通过串行外围接口 SPI分别与所述第一 FPGA处理器、所述第二 FPGA处理器和所述第三FPGA处理器的输入端连接。其中，所述第一 FPGA处理器、所述第二 FPGA处理器和所述第三FPGA处理器的输出端分别与所述逆变电路连接。与现有技术比，本技术的有益效果为I)高可靠性。数字信号处理器DSP负责光伏阵列最大功率点跟踪和电压外环控制，第一 FPGA处理器负责A相电流内环控制和正弦脉宽调制算法，第二 FPGA处理器负责B相电流内环控制和正弦脉宽调制算法，第三FPGA处理器负责C相电流内环控制和正弦脉宽调制算法，且DSP通过串行外围接口 SPI分别与第一第二、第三FPGA处理器之间高速通信，如此则充分将DSP的快速运算性能和FPGA的高可靠性有机融为一体，使整个单级三相光伏并网控制系统具有高可靠性；2)高度模块化。由于数字信号处理器DSP负责光伏阵列最大功率点跟踪和电压外环控制，第一 FPGA处理器负责A相电流内环控制和正弦脉宽调制算法，第二 FPGA处理器负责B相电流内环控制和正弦脉宽调制算法，第三FPGA处理器负责C相电流内环控制和正弦脉宽调制算法，因此整个单级三相光伏并网控制系统各部分控制功能的模块化程度非常闻。3)各相电流独立调节。由于将三相电流控制分解为A相电流单独控制、B相电流单独控制和C相电流单独控制，且A相电流控制功能单独采用第一 FPGA处理器进行实现，B相电流控制功能单独采用第二 FPGA处理器进行实现，C相电流控制功能单独采用第三FPGA处理器进行实现，从而实现了单级三相光伏并网控制系统的各相电流独立调节。附图说明图I为本技术提供的单级三相光伏并网系统的控制电路结构图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步的详细说明。本技术提供的一种单级三相光伏并网系统的控制电路如图I所示，包括光伏并网发电系统、DSP处理器和FPGA处理器I (称为第一 FPGA处理器)、FPGA处理器2 (称为第二 FPGA处理器)、FPGA处理器3 (称为第三FPGA处理器)；DSP处理器分别与光伏并网发电系统、FPGA处理器I、FPGA处理器2和FPGA处理器3连接。光伏并网发电系统包括光伏阵列、二极管、电容、逆变电路、电网、电阻和电感；光伏列阵与是二极管串联后与电容和逆变器并联；逆变器的输出端通过串联的电感和电阻接入电网。DSP处理器包括依次连接的MPPT单元、电压PI调节器、dq变换单元和锁相环；MPPT的输入端是将光伏并网发电系统的电容值和流过二极管的电流值为输入信号；MPPT的输出端输出电压信号与电容电压信号做差值作为电压PI调节器的输入信号，电压PI调节器的输出信号传给dq变换单元；锁相环是将光伏并网发电系统的电网电压信号作为输入端信号，其输出信号传给dq变换单元；dq变换单元的输出端分别与第一 FPGA处理器、第二 FPGA处理器和第三FPGA处理器的输入端连接。第一 FPGA处理器、第二 FPGA处理器和第三FPGA处理器的输出端分别与所述逆变电路的IGBT模块连接。IGBT模块包括反并联的IGBT和二极管。首先通过数字信号处理器DSP进行光伏阵列最大功率点跟踪和电压外环控制并通过串行外围接口 SPI通信给第一FPGA处理器发送A相给定电流信号ia,ef，给第二FPGA处理器发送B相给定电流信号ifcef，给第三FPGA处理器发送C相给定电流信号iraef ;然后通过第一可编程逻辑门阵列FPGA处理器进行A相电流内环控制和正弦脉宽调制后给光伏并网逆变器A相上、下桥臂发送驱动信号；通过第二 FPGA处理器进行B相电流内环控制和正弦脉宽调制后给光伏并网逆变器B相上、下桥臂发送驱动信号；通过第三FPGA处理器进行C相电流内环控制和正弦脉宽调制后给光伏并网逆变器C相上、下桥臂发送驱动信号。如此则充分将DSP的快速运算性能和FPGA的高可靠性有机融为一体，且实现各相电流独立调节。本实施例根据上述电路提供的控制方法，包括如下步骤步骤(I):利用数字信号DSP处理器检测市电电网的A、B、C三相电压信号ea、eb和e。以及光伏阵列输出电压Upv和电流ipv ；步骤(2):利用第一可编程逻辑门阵列FPGA处理器检测光伏并网逆变器输出的A相电流信号ia，利用第二 FPGA处理器检测光伏并网逆变器输出的B相电流信号ib，利用第三FPGA处理器检测光伏并网逆变器输出的的C相电流信号ic ；步骤(3):在DSP处理器内，首先根据光伏阵列输出电压Upv和电流ipv采用常用的最大功率点跟踪MPPT单元的扰动观察，求得光伏阵列最大功率点参考电压uMf ;然后将光伏阵列输出电压Upv与光伏阵列最大功率点参考电压uMf的差值经过电压比例积分PI调节器后得到逆变器输出的d轴参考电流idMf ;接着根据市电电网的A、B、C三相电压信号ea、eb和e。通过锁相环PLL方法求出电网电压矢量旋转角度Θ ;最后，为使逆变器输出电流与电网电压同相位，设置逆变器输出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单级三相光伏并网系统的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括光伏并网发电系统、DSP处理器、第一FPGA处理器、第二FPGA处理器和第三FPGA处理器；所述DSP处理器分别与所述光伏并网发电系统、所述第一FPGA处理器、所述第二FPGA处理器和所述第三FPGA处理器连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑飞，丁杰，吴福保，吕宏水，张军军，秦筱迪，黄晶生，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：实用新型
国别省市：