[實用新型]一種基于FPGA的最大功率控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721451277.1
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN207742589U
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊秀增;肖麗玲
• 申請（專利權(quán)）人: 廣西民族師范學(xué)院
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67
• 代理公司: 北京律譜知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

一種基于FPGA的最大功率控制系統(tǒng)，包括最大功率跟蹤控制器，該最大功率跟蹤控制器包括Avalon接口單元，寄存器文件單元和任務(wù)邏輯單元，Avalon接口單元一端通過設(shè)定Avalon接口類型信號線與Avalon總線相連，另一端通過內(nèi)部數(shù)據(jù)線與寄存器文件單元相互通信；寄存器文件單元中設(shè)定有多個寄存器，所述寄存器文件單元與任務(wù)邏輯單元相互通信；任務(wù)邏輯單元包括最大功率跟蹤控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，任務(wù)邏輯單元還通過應(yīng)用端口信號與外部芯片相連，所述外部芯片能夠同時采集輸入電流和電壓，所述A/D轉(zhuǎn)換控制模塊在A/D轉(zhuǎn)換時，能夠確定所述外部芯片的工作狀態(tài)。本實用新型的最大功率控制系統(tǒng)，工作穩(wěn)定，能快速跟蹤光伏電池最大功率點，具有較好的實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的、基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的最大功率控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著世界能源危機加劇和人類生存環(huán)境日益惡化，太陽能綠色能源開發(fā)，越來越來得到了人們的關(guān)注和重視。光伏發(fā)電是太陽能利用的重要方式，也是解決當(dāng)前能源短缺問題和環(huán)境問題的重要手段之一。但由于光伏電池的電氣特性對光照強度和環(huán)境溫度的變化敏感，使光伏電池輸出功率呈現(xiàn)非線性特點。

因此，如何根據(jù)環(huán)境因素的變化，跟蹤光伏電池的最大功率點變化，對于提高光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對光伏系統(tǒng)的最大功率跟蹤(MPPT)問題，做過大量研究工作，提出很多MPPT算法。例如，根據(jù)光伏電池的輸出特性和數(shù)學(xué)模型，提出一種采用閾值電流和微變步長擾動法的開路電壓和短路電流相結(jié)合的最大功率跟蹤(MPPT)算法。針對定步長擾動觀察法存在的不足，提出一種基于電流預(yù)測控制的自適應(yīng)變步長最大功率跟蹤方法。根據(jù)融合恒定電壓法與擾動觀察法的優(yōu)點，并結(jié)合大步長擾動法和小步長擾動法，提出了一種改進的電壓自尋優(yōu)擾動觀察法。針對擾動觀察法(P&O)算法在最大功率點附近出現(xiàn)振蕩問題，提出一種零均值電導(dǎo)增量最大功率點跟蹤控制方法。針對光伏陣列的功率輸出在局部陰影情況下，出現(xiàn)多個局部功率極值點的特性，提出基于粒子群優(yōu)化算法的MPPT算法等等。

然而上述算法都具有缺點，相應(yīng)的硬件要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提出了一種基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，采用三點比較最大功率跟蹤(MPPT)算法，設(shè)計的一款光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤(MPPT)控制系統(tǒng)。該最大功率跟蹤控制器，能夠適應(yīng)更簡易、高效的算法。

具體而言，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的最大功率控制系統(tǒng)，包括最大功率跟蹤控制器，所述最大功率跟蹤控制器包括Avalon(阿瓦隆)接口單元，寄存器文件單元和任務(wù)邏輯單元，Avalon(阿瓦隆)接口單元一端通過設(shè)定Avalon(阿瓦隆)接口類型信號線與Avalon(阿瓦隆)總線相連，另一端通過內(nèi)部數(shù)據(jù)線與寄存器文件單元相互通信；寄存器文件單元中設(shè)定有多個寄存器，所述寄存器文件單元與任務(wù)邏輯單元相互通信；任務(wù)邏輯單元包括最大功率跟蹤控制模塊和A/D轉(zhuǎn)換控制模塊，任務(wù)邏輯單元還通過應(yīng)用端口信號與外部芯片相連，所述外部芯片為8通道同步數(shù)據(jù)采集芯片，能夠同時采集輸入電流和電壓，所述A/D轉(zhuǎn)換控制模塊在A/D轉(zhuǎn)換時，能夠根據(jù)所述外部芯片的輸出電平的高低，確定所述外部芯片的工作狀態(tài)。

進一步的，在Avalon接口單元為Avalon-MM接口類型，還具有時鐘、片選、地址、復(fù)位、讀取、寫入、讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)信號接口。

進一步的，所述多個寄存器包括控制寄存器Control_Reg、采樣倍率寄存器Sample_Reg、電壓寄存器Volt_Reg、電流寄存器Current_Reg、PWM占空寄存器和3個功率寄存器Power_Reg。

本實用新型的有益效果為：本實用新型的光伏MPPT控制系統(tǒng)，工作穩(wěn)定，能快速跟蹤光伏電池最大功率點，具有較好的實用價值。