0 导言
跟着煤、石油、天然气等不行再生能源的日益缺少，太阳能、风能等可再生新能源的开发与使用越来越遭到人们的高度重视。新能源发电作为首要的使用方式，在改进生态环境、缓解电力供应严重方面起到了至关重要的效果。而逆变技能是新能源发电的一项关键技能，能将新能源发生的直流电能转化为沟通电能并完结并网发电，其间心操控器的选取与规划对转化速度与体系功用有较大的影响。就现在的并网逆变体系来说，大多是用MCU、ARM或DSP来作为中心操控器，根据这类操控器建立的体系架构，首要是以串行工作方式来完结操控战略，较之于并行工作方式，运转速度与并网电流质量都会遭到了必定的影响。因而，为进步体系运转速度、改进体系全体功用，在并行工作方式的FPGA开发平台上，提出了一种根据SOPC操控技能完结的并网逆变器新架构，并经过一个1 kW的样机测验成果来验证了该计划的正确性、可行性与有效性。
1 体系架构
图1所示为文中所述的并网逆变器新架构，其间心操控器选用EP2C8Q208C的FPGA，具有强壮的并行运算才能，支撑SOPC技能开发。图中直流侧输入电压为Uin（由前端新能源直接输出或经前级升压所获）、并网电流为ig、电网电压为Vg、直流侧参阅电压为Ur。这四路信号经AD转化后送入FPGA（图1虚线框部分）处理，得到两路PWM信号经驱动电路对主电路的开关管Q1~Q4进行有序操控，然后完结逆变功用。ADPLL为全数字锁相环，旨在获取Vg的相位信息，用于结构正弦波表。网侧并联RLC电路为模仿体系孤岛运转所需的本地负载。
2 调节器参数规划
式中，kip为P调节器的份额系数，1/Ls为滤波器传递函数（疏忽其寄生参数）。为进步响应速度，减小开关噪声，环路带宽fci一般要设置在（1/5~1/12）fS处，且在fci处要有大于45°的相角裕度。带入各参数，当kip=1.21时，可得Goc（s）的幅频特性如图3所示，由图可知，在fci=3 kHz且相角裕度约为90°，契合规划要求。
在规划电压外环时，能够将电流内环等效为一个1/ki的份额环节，所以，由图2可得校正后电压环的开环传递函数为：
式中，kvp、kvi分别为PI调节器的份额系数与积分系数。为能安稳Uin，环路带宽fcv应设置在100 Hz以内，且需在fcv处要有大于45°的相角裕度。代入各参数，当kvp=0.72、kvi=1.88时，可得Gov（s）的幅频特性如图4所示，由图可知，fcv=15 Hz且相角裕度约为60°，契合规划要求。
3 体系构建
3.1 ADPLL规划
在新能源并网发电体系中，为了确保逆变器输出的电流一直能与电网电压坚持同频率与同相位，文中根据图5示出的原理构建了ADPLL的IP硬核。它较之传统锁相环有精度高、受温度影响小、安稳性强与可移植性好的长处。图中Mf0与2Nf0分别为K模可逆计数器与N分频电路的时钟，规划时取K=4，M=2N，f0=50 Hz。根据文献［11］，规划时选取三角载波频率为60 kHz，故可计算出N=1 200，M=2 400。至此，选用VHDL语言对图中各模块进行编程、编译、归纳与仿真，得到了如图6所示的IP硬核与如图7所示的功用仿真成果。由图7可知，输出信号fout与50 Hz输入信号fin之间的相位差随时钟的推移逐渐在缩小，且约在210 ms时坚持同步，然后完结了对电网电压频率和相位的盯梢。
3.2 体系IP硬核
因为SOPC技能的软核处理器是靠Avalon总线对外设进行拜访与操控的，故定制了如图8所示的契合Avalon总线接口的外设PWM、电压PI调节器及电流P调节器模块。将已构建好的各分模块根据图9进行衔接，便得到了逆变器并网操控体系IP硬核的构建图。图中atpll0为FPGA内置数字锁相环，首要功用是分配体系各模块所需的时钟；ad7874_fifo为前端数据收集操控存储IP硬核，可参照进行规划。由图9可知，所构建体系IP硬核能顺畅地完结编译、归纳及引脚分配，证明其能成功嵌入到FPGA中。
4 试验成果
根据上述理论剖析，建立了一个1 kW的光伏并网试验样机体系。相关电路参数为：直流输入电压Uin=400 V，沟通输出电压有效值Ug=220 V/50 Hz，开关频率fS=30 kHz，电容Cin=470 μF/600 V，输出滤波电感L=6 mH。
图10为所构建ADPLL模块的实测波形，其间CH1是外部输入的50 Hz方波信号，CH2为实测输出信号。由图可知，CH2的相位随时刻的推移在逐渐进行调整，并终究能与CH1坚持同频同相，证明所构建的ADPLL模块可完结同步锁相功用。
图11为自定制PWM模块的实测波形，图11（a）为区域实测波形，图11（b）为部分扩大波形。由图11（a）可知，信号CH1与CH2相位互补、脉宽依照正弦规则改变。由图11（b）可知，信号CH1与CH2之间存有必定的死区时刻，大约为4 μs，能避免逆变器桥臂的直通现象。
图12为样机并网运转实测波形，其间CH1为电网电压波形，CH2为逆变器输出电流波形。由图12可知，CH2与CH1有较强的同步盯梢才能，虽CH2存有一些毛刺，但全体上却有着杰出的正弦度。
5 定论
研讨了逆变器的并网操控技能及其在FPGA上的完结，提出了一种根据SOPC操控技能完结的并网逆变器新架构，给出了操控战略调节器参数的规划办法，构建了根据SOPC的并网逆变器操控体系IP硬核。最终，在1 kW的试验样机上证明了所提架构是正确可行的，且试验成果表明该计划的输出电流对电网电压具有杰出的同步盯梢才能。
