一、項目概述
1.1 項目摘要
體系以FPGA為操控中心，由MOSFET管全橋逆變電路以及其IR2110對其驅動、SPWM（正弦脈寬調制）波的生成、電壓電流的檢查、相位頻率盯梢等模塊構成。其間SPWM波由在FPGA內部由軟件發生的三角波的正弦波經數字對比器對比發生。經過改動正弦波的幅值來調理調制比，調理SPWM波的占空比，然后調理電壓來到達功率最大。選用MPPT算法對體系進行功率最大盯梢。此體系還完成體系的欠壓和過流維護，同頻同相操控。

1.2 項目背景/選題動機
隨著當令動力的耗費日益劇增和傳統動力的日趨削減，以及運用傳統動力所帶來的一系列有關疑問逐漸增加，如環境污染、溫室效應等諸多疑問，關于開發新動力的需要越來越大。光伏并網是太陽能運用的發展趨勢，光伏發電體系將首要用于調峰電站和房頂光伏體系。在光伏并網體系中，并網逆變器是中心有些。DC-AC逆變環節首要使輸出電流與電網電壓同相位，同剛取得單位功率因數。

選題動機：目前作為基礎設施的電力行業正在盡力運用太陽能，為電力的發展寫入新的生機與生機。光伏并網發電已經成為年代的潮流和制約太陽能運用的關鍵技術，本規劃首要對光并網發電中的一些技術做了有關研究，本規劃首要完成了模仿光伏電源由直流變換為單相交流電源的功用，具有最大功率點盯梢功用和頻率相位盯梢功用，別的增加了有關的維護和顯現功用。而且太陽能光伏發電商場遭到各國政府的注重，國家扶持力度較大， 2011年7月30日我國首座運用太陽能發電的公安消防站投入運用，光伏發電具有較廣泛的遠景。

二、需要剖析
2.1 功用請求
規劃并制造一個光伏并網發電模仿設備，其構造框圖如圖1所示。用直流穩壓電源US和電阻RS模仿光伏電池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF為模仿電網電壓的正弦參閱信號，其峰峰值為2V，頻率fREF為45Hz~55Hz；T為工頻阻隔變壓器，變比為n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，將uF作為輸出電流的反應信號；負載電阻RL=30Ω~36Ω。

圖1  并網發電模仿設備框圖

（1）具有最大功率點盯梢（MPPT）功用：RS和RL在給定規模內改變時，使 ，相對誤差的絕對值不大于1%。

（2）具有頻率盯梢功用：當fREF在給定規模內改變時，使uF的頻率fF=fREF，相對誤差絕對值不大于1%。

（3）完成相位盯梢功用：當fREF在給定規模內改變以及加非阻性負載時，均能確保uF與uREF同相，相位誤差的絕對值≤5°。

2.2 功用規范
（1）當RS=RL=30Ω時，DC-AC變換器的功率 ≥80%。

（2）當RS=RL=30Ω時，輸出電壓uo的失真度THD≤1%。

（3）具有輸入欠壓維護功用，動作電壓Ud（th）=（25±0.5）V。

（4）具有輸出過流維護功用，動作電流Io（th）=（1.5±0.2）A。

（5）過流、欠壓毛病排除后，設備能自動康復為正常狀況。

（6）當負載溫度過高時，體系停止工作。

三、計劃規劃
3.1 體系功用完成原理
1.最大功率盯梢計劃
采經典MPPT算法，對光伏電網的輸出電壓和電流進行接連采樣，尋找P=U*I最大的點，即最大功率點。此辦法改變步進由模仿光伏電池輸出端的電壓改變速率決議，能夠疾速迫臨最大功率點。

2. DC-AC電路計劃
咱們運用FPGA發生SPWM波信號驅動半橋或全橋DC-AC逆變器，經輸出LC濾波后得到逆變信號。此計劃中SPWM波的發生是由軟件完成的。DC-AC的逆變電路由分立元件建立的，選用高速功率開關IRF540N及MOS管驅動芯片IR2110建立電路。經過調理調制比來調理MOS管的通斷，然后調理逆變電壓的巨細。

3．同頻同相操控計劃的完成
   選用邊緣觸發法和數字反應調理法進行調整。分別對輸入參閱信號和反應信號運用對比器整形以后，對其上升沿進行檢查，這個操作由硬件完成得到其頻率和相位的差值，在FPGA內部由數字反應的辦法對再對輸入信號進行相位調整，這些操作都由軟件完成。

4.欠壓、過流，溫度過高維護電路
  經過檢查輸入電壓Ud，輸入電流Id和輸出電流Io的數值，用ADC0809轉化為數字信號反應到FPGA操控體系中，FPGA操控繼電器的通斷來完成欠壓和過流維護。經過溫度傳感器對負載溫度進行丈量，當溫度過高時操控繼電器斷開。

                      
 體系硬件構造框圖

5.單相全橋逆變電路及其驅動電路
選用IR2110為半橋驅動芯片，只需銜接自舉電容，運用內部自舉電路即可完成對橋路的驅動，關于全橋電路只需將兩片IR2110驅動各自的半橋即可。

6.電壓電流的丈量
輸入電流的丈量經過丈量串入回路的小電阻的兩頭的電壓，再由AD620擴大100倍，再進行A/D變換再讓FPGA核算出其時所檢查到的電流巨細，并顯現；

7. 輸出端電流Io為交流，先同測輸入端電流辦法一樣擴大100倍后，再由AD637轉為直流電壓再同（2）中核算并顯現。

3.2 硬件資源配置
擴大器運用AD620，有效值變換運用AD637,A/D變換運用ADC0809，最小體系運用FPGA，驅動芯片運用IR2110，MOS管運用IR540，溫度傳感器運用ST公司贈予的STEVAL-MKI062V2開發套件中的溫度傳感器，以及一些元器件

3.3體系軟件架構
三角波的生成:計數器從0000000000增到1111111111，再從1111111111減到0000000000，則能夠得到一個10位的三角波。

正弦波生成：用MATLAB生成一個十位的mif文件，再把這1024個點發生1024個地址，把地址存入ROM中，讀出采樣數據即可得到所要正弦波。

SPWM波生成構造框圖：

軟件架構圖

SPWM波是由三角波與正弦波進行對比，正弦波幅值大于三角波的幅值時，輸出高電平，反之輸出低電平。

3.4 體系軟件流程
FPGA經過檢查ADC0809上讀回來的的輸入電壓電流，和輸出電流，首要對這幾個值進行變換，比方電流值要經過核算得到，然后再對比是不是欠壓和過流，假如欠壓或許過流了操控繼電器斷開，0.5s以后再一次檢查，假如沒有欠壓或許過流就直接進行最大功率盯梢，然后在液晶顯現屏上顯現出輸入電壓電流，輸出電流以及輸入功率。

程序運轉流程圖