基于DSP和FPGA的一种新型光伏并网控制方法

摘要：基于数字信号处理器(DSP)与现场可编程门阵列(FPGA)，提出了一种适合光伏并网系统的新型控制方法，并设计了相应的控制器。DSP负责电压外环控制以及最大功率点跟踪(MPPT)控制；FPGA负责带电压前馈的电流内环控制和正弦脉宽调制(SPWM)驱动算法；DSP与FPGA之间通过串行外设接口SPI总线通讯。该控制结构不仅高度模块化、稳定可靠，而且实现了三相电流独立控制。最后进行了仿真验证，并实际应用在某500 kW光伏并网逆变器中，仿真和现场试验结果表明，并网运行性能良好。
关键词：光伏并网；数字信号处理器；现场可编程门阵列

1 引言
在光伏并网发电领域，控制系统主要基于DSP芯片进行设计。由于该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，可能对逻辑信号造成一定延时，导致程序运行出现故障的几率增加。故采用DSP单一处理器来设计系统存在一定的缺陷。FPGA可根据实际控制需要灵活配置其内部具体逻辑电路功能，有利于实现功能模块化，提高系统的可靠性。而DSP在实时数据处理速度与系统控制方面存在明显的优势。因此，如何将DSP快速运算的实时性与FPGA的高可靠性相结合，并以此结构来设计光伏并网控制系统，具有重要意义。

2 控制方案
提出一种基于DSP和FPGA双处理器结构的单级三相光伏并网控制方案，其结构如图1所示。

光伏并网系统主要包括主电路、DSP控制器和FPGA控制器三部分。主电路工作原理为：三相逆变器在DSP和FPGA双CPU结构的光伏并网控制器的控制下，发出SPWM信号来驱动三相逆变器工作，将光伏阵列输出的直流电压逆变为三相交流电压，通过滤波电路滤波后并入电网；DSP控制器负责电压外环控制及MPPT控制，且通过串行外部接口SPI总线将光伏阵列的输出电压Upv及三相给定电流信号iaref，ibref，icref高速传输给FPGA控制器，然后通过带电压前馈的电流内环控制和SPWM驱动算法给三相逆变器的a，b，c相上下桥臂发出6路脉冲驱动信号。