一、项目概述
1.1 项目摘要
体系以FPGA为操控中心，由MOSFET管全桥逆变电路以及其IR2110对其驱动、SPWM（正弦脉宽调制）波的生成、电压电流的检测、相位频率盯梢等模块组成。其间SPWM波由在FPGA内部由软件发生的三角波的正弦波经数字比较器比较发生。经过改动正弦波的幅值来调理调制比，调理SPWM波的占空比，然后调理电压来到达功率最大。选用MPPT算法对体系进行功率最大盯梢。此体系还完成体系的欠压和过流维护，同频同相操控。
1.2 项目布景/选题动机
跟着当令动力的耗费日益剧增和传统动力的日趋削减，以及运用传统动力所带来的一系列相关问题逐步添加，如环境污染、温室效应等许多问题，关于开发新动力的需求越来越大。光伏并网是太阳能运用的开展趋势，光伏发电体系将首要用于调峰电站和房顶光伏体系。在光伏并网体系中，并网逆变器是中心部分。DC-AC逆变环节首要使输出电流与电网电压同相位，同刚取得单位功率因数。
选题动机：现在作为基础设施的电力行业正在尽力运用太阳能，为电力的开展注入新的生机与生机。光伏并网发电已经成为年代的潮流和限制太阳能运用的关键技能，本规划首要对光并网发电中的一些技能做了相关研讨，本规划首要完成了模仿光伏电源由直流转化为单相沟通电源的功用，具有最大功率点盯梢功用和频率相位盯梢功用，别的添加了相关的维护和显现功用。并且太阳能光伏发电商场遭到各国政府的注重，国家扶持力度较大， 2011年7月30日我国首座运用太阳能发电的公安消防站投入运用，光伏发电具有较广泛的远景。
二、需求剖析
2.1 功用要求
规划并制造一个光伏并网发电模仿设备，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源US和电阻RS模仿光伏电池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF为模仿电网电压的正弦参阅信号，其峰峰值为2V，频率fREF为45Hz~55Hz；T为工频阻隔变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将uF作为输出电流的反应信号；负载电阻RL=30Ω~36Ω。
图1 并网发电模仿设备框图
（1）具有最大功率点盯梢（MPPT）功用：RS和RL在给定规模内改变时，使 ，相对误差的绝对值不大于1%。
（2）具有频率盯梢功用：当fREF在给定规模内改变时，使uF的频率fF=fREF，相对误差绝对值不大于1%。
（3）完成相位盯梢功用：当fREF在给定规模内改变以及加非阻性负载时，均能确保uF与uREF同相，相位误差的绝对值≤5°。
2.2 功用规范
（1）当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的功率 ≥80%。
（2）当RS=RL=30Ω时，输出电压uo的失真度THD≤1%。
（3）具有输入欠压维护功用，动作电压Ud（th）=（25±0.5）V。
（4）具有输出过流维护功用，动作电流Io（th）=（1.5±0.2）A。
（5）过流、欠压毛病扫除后，设备能主动康复为正常状况。
（6）当负载温度过高时，体系停止工作。
三、计划规划
3.1 体系功用完成原理
1.最大功率盯梢计划
采经典MPPT算法，对光伏电网的输出电压和电流进行接连采样，寻觅P=U*I最大的点，即最大功率点。此办法改变步进由模仿光伏电池输出端的电压改变速率决议，能够快速迫临最大功率点。
2. DC-AC电路计划
咱们运用FPGA发生SPWM波信号驱动半桥或全桥DC-AC逆变器，经输出LC滤波后得到逆变信号。此计划中SPWM波的发生是由软件完成的。DC- AC的逆变电路由分立元件建立的，选用高速功率开关IRF540N及MOS管驱动芯片IR2110建立电路。经过调理调制比来调理MOS管的通断，然后调理逆变电压的巨细。
3．同频同相操控计划的完成
选用边缘触发法和数字反应调理法进行调整。分别对输入参阅信号和反应信号运用比较器整形之后，对其上升沿进行检测，这个操作由硬件完成得到其频率和相位的差值，在FPGA内部由数字反应的办法对再对输入信号进行相位调整，这些操作都由软件完成。
4.欠压、过流，温度过高维护电路
经过检测输入电压Ud，输入电流Id和输出电流Io的数值，用ADC0809转化为数字信号反应到FPGA操控体系中，FPGA操控继电器的通断来完成欠压和过流维护。经过温度传感器对负载温度进行丈量，当温度过高时操控继电器断开。
体系硬件结构框图
5.单相全桥逆变电路及其驱动电路
选用IR2110为半桥驱动芯片，只需衔接自举%&&&&&%，运用内部自举电路即可完成对桥路的驱动，关于全桥电路只需将两片IR2110驱动各自的半桥即可。
6.电压电流的丈量
输入电流的丈量经过丈量串入回路的小电阻的两头的电压，再由AD620扩大100倍，再进行A/D转化再让FPGA核算出其时所检测到的电流巨细，并显现；
7. 输出端电流Io为沟通，先同测输入端电流办法相同扩大100倍后，再由AD637转为直流电压再同（2）中核算并显现。
3.2 硬件资源配置
扩大器运用AD620，有效值转化运用AD637，A/D转化运用ADC0809，最小体系运用FPGA，驱动芯片运用IR2110，MOS管运用IR540，温度传感器运用ST公司赠予的STEVAL-MKI062V2开发套件中的温度传感器，以及一些%&&&&&%
3.3体系软件架构
三角波的生成：计数器从0000000000增到1111111111，再从1111111111减到0000000000，则能够得到一个10位的三角波。
正弦波生成：用MATLAB生成一个十位的mif文件，再把这1024个点发生1024个地址，把地址存入ROM中，读出采样数据即可得到所要正弦波。
SPWM波生成结构框图：
软件架构图
SPWM波是由三角波与正弦波进行比较，正弦波幅值大于三角波的幅值时，输出高电平，反之输出低电平。
3.4 体系软件流程
FPGA经过检测ADC0809上读回来的的输入电压电流，和输出电流，首要对这几个值进行转化，比方电流值要经过核算得到，然后再比较是否欠压和过流，假如欠压或许过流了操控继电器断开，0.5s之后再一次检测，假如没有欠压或许过流就直接进行最大功率盯梢，然后在液晶显现屏上显现出输入电压电流，输出电流以及输入功率。
程序运转流程图
