專利名稱：一種dsp和fpga雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器，具體涉及一種DSP (Digital SignalProcessor,數(shù)字信號(hào)處理器)和FPGA (Field-Programmable Gate Array,可編程邏輯器件陣列)雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器。
背景技術(shù)：
光伏并網(wǎng)逆變器是太陽(yáng)能發(fā)電的核心部件，是由太陽(yáng)能電池板電壓經(jīng)DC/DC直流到直流升壓，并進(jìn)行最大功率點(diǎn)MPPT的跟蹤，到DC/AC直流到交流逆變，輸出與電網(wǎng)同電壓同頻率同相位的交流電，在此過(guò)程中，需大量實(shí)時(shí)處理電壓、電流、頻率、功率等各種信號(hào)，并同時(shí)進(jìn)行孤島效應(yīng)的監(jiān)測(cè)。DSP可以完成以上工作，并用軟件完成各種保護(hù)功能。這樣僅僅使用現(xiàn)有的DSP軟件系統(tǒng)完成的保護(hù)功能，保護(hù)時(shí)速度較慢，特別是對(duì)DC/DC升壓，DC/AC逆變中使用的高電壓大電流大功率器件發(fā)生致命故障時(shí)不能及時(shí)快速提供保護(hù)，造成器件 損壞或使用壽命降低，而對(duì)并網(wǎng)繼電器開(kāi)、關(guān)控制的不及時(shí)，會(huì)造成安全問(wèn)題，并且并網(wǎng)逆變器需要有冗余保護(hù)功能，即主控DSP程序意外跑飛還要能夠完成保護(hù)功能。

實(shí)用新型內(nèi)容發(fā)明目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，以實(shí)現(xiàn)滿足高性能、高可靠性、高安全性的要求。技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，包括通過(guò)I/O端口相連的DSP和FPGA ;所述的DSP通過(guò)A/D端口與模擬量采集模塊相連；所述的模擬量采集模塊通過(guò)硬件保護(hù)比較電路與FPGA的IN端口相連；所述的FPGA與DC、AC故障信號(hào)模塊相連；所述的FPGA通過(guò)緩沖電路與輸出DC、AC PWM驅(qū)動(dòng)和復(fù)位信號(hào)模塊相連；所述的DSP和FPGA通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與并網(wǎng)繼電器模塊相連。所述并網(wǎng)繼電器共有四只，所述的DSP和FPGA通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路分別控制四只并網(wǎng)繼電器中的二只。所述的模擬量采集模塊包括直流輸入電壓信號(hào)采集模塊、直流輸入電流信號(hào)采集模塊、電網(wǎng)電壓信號(hào)采集模塊、并網(wǎng)輸出電壓信號(hào)采集模塊、并網(wǎng)輸出電流信號(hào)采集模塊、直流總線電壓信號(hào)采集模塊、交流漏電保護(hù)信號(hào)采集模塊、直流漏電保護(hù)信號(hào)采集模塊和溫度保護(hù)信號(hào)采集模塊。所述的DSP通過(guò)I/O端口與通訊監(jiān)控模塊相連本實(shí)用新型的DSP和FPGA組成雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，DSP輸入模擬量采集后的光伏逆變器工作狀況信號(hào)，進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，運(yùn)行系統(tǒng)軟件完成數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算處理，F(xiàn)PGA輸入故障和保護(hù)信號(hào)，DSP和FPGA信號(hào)相互交換，共同完成對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)控制。DSP具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，能滿足光伏并網(wǎng)逆變器的MPPT、防孤島的大量數(shù)據(jù)的運(yùn)算要求，作為光伏并網(wǎng)逆變器的核心處理單元，完成包括模擬量輸入轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)數(shù)據(jù)邏輯運(yùn)算，保護(hù)邏輯處理，通信功能?，F(xiàn)場(chǎng)FPGA包括豐富的外部可編程接口，內(nèi)部數(shù)據(jù)運(yùn)行采用并行處理的方式，實(shí)時(shí)性高，通過(guò)FPGA和DSP配合使用，DC/DC升壓，DC/AC逆變的PWM驅(qū)動(dòng)和復(fù)位信號(hào)由FPGA和DSP雙重控制。對(duì)DC/DC升壓，DC/AC逆變使用的高電壓大電流大功率器件的致命故障和逆變器重大故障FPGA進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣及時(shí)處理，對(duì)涉及安全的并網(wǎng)繼電器的開(kāi)、關(guān)，由DSP和FPGA分別控制四只兩串聯(lián)繼電器中的各二只，大大提高了逆變器的可靠性和安全性。有益效果本實(shí)用新型的DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，充分發(fā)揮DSP和FPGA的各自功能，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器既有軟件的運(yùn)算控制保護(hù)，又有硬件的高效實(shí)時(shí)保護(hù)，F(xiàn)PGA的加入增加了 DSP控制系統(tǒng)的保護(hù)功能冗余性，使光伏并網(wǎng)逆變器具有高性能、高
可靠性、高安全性。

圖I是本實(shí)用新型的電氣原理圖；圖2是本實(shí)用新型的并網(wǎng)繼電器電路原理圖；圖3是3KW光伏并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖I所示，DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，包括DSP和FPGA。模擬量采集模塊，完成直流輸入電壓、直流輸入電流、電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)輸出電壓、并網(wǎng)輸出電流、直流總線電壓、交流漏電保護(hù)、直流漏電保護(hù)、溫度保護(hù)的信號(hào)采集。模擬信號(hào)輸入接在DSP的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換端口，DSP型號(hào)選用TMS320F28035PN，A/D有16個(gè)端口。DC、AC故障信號(hào)，硬件保護(hù)比較信號(hào)連接至FPGA，F(xiàn)PGA選用EPM3064A/TC44-10N，DSP與FPGA通過(guò)I/O端口相連。FPGA和DSP通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊與并網(wǎng)繼電器相連。DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，完成PV電池的最大功率MPPT跟蹤，以及各項(xiàng)功能控制，根據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，生成逆變器的DC/DC升壓、DC/AC逆變的功率管通斷信號(hào)。DSP與FPGA進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，F(xiàn)PGA根據(jù)DSP生成的DC/DC升壓、DC/AC逆變的功率管通斷信號(hào)通過(guò)緩沖電路實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)輸出。FPGA采集輸入DC/DC升壓、DC/AC逆變產(chǎn)生的故障信號(hào)和硬件保護(hù)比較信號(hào)，并與DSP數(shù)據(jù)交換，在DSP實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算保護(hù)時(shí)，F(xiàn)PGA同時(shí)完成硬件的實(shí)時(shí)快速保護(hù)。其中FPGA的高速實(shí)時(shí)對(duì)DC/DC升壓、DC/AC逆變中使用的高電壓大電流大功率器件的保護(hù)，避免了器件的損壞，延長(zhǎng)了器件使用壽命，提高了光伏并網(wǎng)逆變器的可靠性。圖2為光伏并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)繼電器電路原理圖，圖中K1、K2、K3、K4為繼電器，U為驅(qū)動(dòng)集成電路，型號(hào)選用MC1413，MC1413為高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列反向驅(qū)動(dòng)器，由7個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成，內(nèi)設(shè)7只二極管，可以直接推動(dòng)繼電器的線圈。FPGA控制K1、K2開(kāi)、關(guān)，DSP控制Κ3、Κ4開(kāi)、關(guān)，當(dāng)逆變器并入電網(wǎng)時(shí)，需通過(guò)DSP軟件運(yùn)算處理后準(zhǔn)入并網(wǎng)時(shí)Κ3、Κ4接通，并同時(shí)FPGA硬件檢測(cè)通過(guò)準(zhǔn)入并網(wǎng)時(shí)Kl、Κ2接通，逆變器才能并入電網(wǎng)，當(dāng)電網(wǎng)異常，PV電池板異常，逆變器異常時(shí)產(chǎn)生保護(hù)信號(hào)后，DSP和FPGA控制關(guān)斷繼電器，只要DSP和FPGA控制的并網(wǎng)繼電器，關(guān)閉任何一組，逆變器便脫離電網(wǎng)，大大提高了并網(wǎng)逆變器的安全性。圖3為3KW光伏并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)框圖，本實(shí)用新型描述其中的3KW光伏并網(wǎng)逆變器的DSP和FPGA的雙控制系統(tǒng)部分。圖中Ql為DC/DC直流升壓開(kāi)關(guān)功率管，Q2，Q3，Q4，Q5為DC/AC交流逆變開(kāi)關(guān)功率管；控制系統(tǒng)分別生成DC/DC升壓 和DC/AC逆變所需的PWM控制信號(hào)；并在DC/DC升壓控制時(shí)通過(guò)軟件運(yùn)算完成太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)MPPT跟蹤；DSP和FPGA同時(shí)控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)地對(duì)開(kāi)關(guān)功率管提供保護(hù)；圖中并網(wǎng)繼電器K1、K2由FPGA控制，Κ3、Κ4由DSP控制；圖中DSP通過(guò)I/O端口與通訊監(jiān)控模塊相連。
權(quán)利要求1.一種DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，其特性在于包括通過(guò)I/O端口相連的DSP和FPGA ;所述的DSP通過(guò)A/D端口與模擬量采集模塊相連；所述的模擬量采集模塊通過(guò)硬件保護(hù)比較電路與FPGA的IN端口相連；所述的FPGA與DC、AC故障信號(hào)模塊相連；所述的FPGA通過(guò)緩沖電路與輸出DC、AC PWM驅(qū)動(dòng)和復(fù)位信號(hào)模塊相連；所述的DSP和FPGA通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與并網(wǎng)繼電器模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述并網(wǎng)繼電器共有四只，所述的DSP和FPGA通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路分別控制四只并網(wǎng)繼電器中的二只。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的模擬量采集模塊包括直流輸入電壓信號(hào)采集模塊、直流輸入電流信號(hào)采集模塊、電網(wǎng)電壓信號(hào)采集模塊、并網(wǎng)輸出電壓信號(hào)采集模塊、并網(wǎng)輸出電流信號(hào)采集模塊、直流總線電壓信號(hào)采集模塊、交流漏電保護(hù)信號(hào)采集模塊、直流漏電保護(hù)信號(hào)采集模塊和溫度保護(hù)信號(hào)采集模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的DSP通過(guò)I/O端口與通訊監(jiān)控模塊相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，包括通過(guò)I/O端口相連的DSP和FPGA；所述的DSP通過(guò)A/D端口與模擬量采集模塊相連；所述的模擬量采集模塊通過(guò)硬件保護(hù)比較電路與FPGA的IN端口相連；所述的FPGA與DC、AC故障信號(hào)模塊相連；所述的FPGA通過(guò)緩沖電路與輸出DC、ACPWM驅(qū)動(dòng)和復(fù)位信號(hào)模塊相連；所述的DSP和FPGA通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路與并網(wǎng)繼電器模塊相連。本實(shí)用新型的DSP和FPGA雙控制系統(tǒng)光伏并網(wǎng)逆變器，充分發(fā)揮DSP和FPGA的各自功能，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器既有軟件的運(yùn)算控制保護(hù)，又有硬件的高效實(shí)時(shí)保護(hù)，F(xiàn)PGA的加入增加了DSP控制系統(tǒng)的保護(hù)功能冗余性，使光伏并網(wǎng)逆變器具有高性能、高可靠性、高安全性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK202513588SQ20122010453
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者袁長(zhǎng)茂 申請(qǐng)人:揚(yáng)州申業(yè)達(dá)機(jī)械有限公司