基于FPGA的峰值功率跟蹤系統(tǒng)測(cè)試大綱

1、基于FPGA的峰值功率跟蹤系統(tǒng)測(cè)試大綱課題名稱：基于FPGA的峰值功率跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題編號(hào)：承研單位：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司八院811所編寫日期：2013年3月1 試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)對(duì)基于FPGA的峰值功率跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證其MPPT技術(shù)及Super Buck相關(guān)技術(shù)指標(biāo)是否滿足合同規(guī)定要求。2 測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試指標(biāo)測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試指標(biāo)見(jiàn)表1。表1 基于FPGA的峰值功率跟蹤系統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試指標(biāo)項(xiàng)目合同要求技術(shù)指標(biāo)備注MPPTMPPT電路功率400W單組（共2組）MPPT電路效率 93%MPPT跟蹤精度99%MPPT均流精度5%主電路過(guò)壓點(diǎn)42V保護(hù)功能有過(guò)流保護(hù)MPPT、恒壓切換MPPT、恒流

2、切換3 測(cè)試設(shè)備主要測(cè)試設(shè)備見(jiàn)表2。表2 主要測(cè)試設(shè)備序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格數(shù)量1Tektronix 100MHz示波器DPO-301412Agient光伏模擬器E4360A13Fluke萬(wàn)用表 16B14隔離探頭25高頻電流探頭26輔助源若干5電子負(fù)載16PC機(jī)14 測(cè)試環(huán)境常溫、常壓。5 具體試驗(yàn)情況測(cè)試的主要目的在于驗(yàn)證基于FPGA的MPPT技術(shù)主要電性能是否滿足項(xiàng)目合同規(guī)定的要求。測(cè)試內(nèi)容主要包括MPPT電路效率、MPPT跟蹤精度、MPPT均流精度、限壓功能、保護(hù)功能等方面。5.1 基于FPGA的MPPT功能及性能指標(biāo)測(cè)試主要包括MPPT電路效率、MPPT跟蹤精度、MPPT均流精度等。（1）

3、 MPPT跟蹤精度Super Buck主電路太陽(yáng)陣電子負(fù)載電纜1接口電纜2FPGA控制板PC機(jī)串口圖2 MPPT跟蹤精度測(cè)試連接圖按照?qǐng)D2連接好電路圖，檢查好電路確認(rèn)無(wú)誤，即可上電，電路正常工作之后，即可開始對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。利用串口通信，在PC機(jī)上顯示跟蹤的功率值。電調(diào)節(jié)電子負(fù)載工作于恒阻模式（3路負(fù)載并聯(lián)，每組7.5負(fù)載電阻）。開啟太陽(yáng)陣，使之工作于SAS模式，設(shè)定V-I曲線。合閘，加電。等待MPPT跟蹤穩(wěn)定之后，利用串口通信得到一段時(shí)間的跟蹤的功率，計(jì)算出跟蹤到的功率平均值，從而計(jì)算出MPPT跟蹤精度（跟蹤的功率與設(shè)定的最大功率的比值）。改變V-I曲線，分別對(duì)每條V-I曲線進(jìn)行MP

4、PT電路跟蹤精度測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄于表4。表4 不同V-I曲線下的MPPT跟蹤精度測(cè)量曲線VOCISCVMIMPM跟蹤功率跟蹤精度曲線1曲線2曲線3曲線4曲線5試驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)太陽(yáng)陣V-I曲線變化時(shí)，此時(shí)MPPT跟蹤精度為 ，效率指標(biāo)（滿足/不滿足）合同規(guī)定要求。（2） MPPT電路效率按照?qǐng)D1連接好電路圖，檢查好電路確認(rèn)無(wú)誤，即可上電，電路正常工作之后，即可開始對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。Super Buck主電路太陽(yáng)陣電子負(fù)載電纜1接口電纜2FPGA控制板圖1 MPPT效率測(cè)試連接圖 太陽(yáng)陣與Super Buck主電路輸入通過(guò)電纜連接，而主電路輸出與電子負(fù)載通過(guò)電纜連接。Super Buck主電路板與

5、FPGA控制板通過(guò)信號(hào)線（主要有輸入電壓電流采樣信號(hào)線，輸出電壓采樣信號(hào)線，MPPT基準(zhǔn)信號(hào)線）相連，以實(shí)現(xiàn)FPGA對(duì)主電路的控制。調(diào)節(jié)電子負(fù)載工作于恒阻模式（3路負(fù)載并聯(lián)，每組7.5負(fù)載電阻）。開啟太陽(yáng)陣，使之工作于SAS模式，設(shè)定V-I曲線。合閘，加電。記錄此時(shí)的MPPT電路效率。改變V-I曲線，改變功率，分別對(duì)每個(gè)功率進(jìn)行MPPT電路效率測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄于表3。表3 不同輸出功率下的MPPT電路效率表曲線VOC（V）ISC（A）VM（V）IM（A）Pin（W）Pout（W）效率曲線1曲線2曲線3試驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)變換器輸出功率變化時(shí)，MPPT電路效率最小，最大分別為 和 ，效率指標(biāo)_（滿足/不滿

6、足）合同規(guī)定要求（3） MPPT均流精度Super Buck主電路太陽(yáng)陣電子負(fù)載電纜1接口電纜2FPGA控制板圖3 MPPT均流精度測(cè)試電路圖按照?qǐng)D3連接好電路圖，檢查好電路確認(rèn)無(wú)誤，即可上電，電路正常工作之后，即可開始對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。利用高頻電流探頭，測(cè)量?jī)陕方诲e(cuò)Super Buck電路的輸入電流均流精度。 電調(diào)節(jié)電子負(fù)載工作于恒阻模式（3路負(fù)載并聯(lián)，每組7.5負(fù)載電阻）。開啟太陽(yáng)陣，使之工作于SAS模式，設(shè)定V-I曲線。合閘，加電。等待MPPT跟蹤穩(wěn)定之后，利用高頻電流探頭測(cè)量?jī)陕份斎腚娏鞯钠骄?，從而?jì)算出MPPT均流精度。均流精度定義為，兩路電流與兩路電流平均值的的差值與兩路電

7、流平均值的比值。改變V-I曲線，分別對(duì)每條V-I曲線進(jìn)行MPPT均流精度測(cè)量，數(shù)據(jù)記錄與于表5。表5 不同V-I曲線下的MPPT均流精度測(cè)量曲線第一路輸入電流（A）第二路輸入電流（A）每路輸入電流平均值（A）差值（A）均流精度（%）曲線1曲線2曲線3試驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)太陽(yáng)陣V-I曲線變化時(shí)，此時(shí)MPPT跟蹤精度為 ，效率指標(biāo)（滿足/不滿足）合同規(guī)定要求。5.2 Super Buck主電路功能及性能測(cè)試主要包括限壓功能、過(guò)流保護(hù)功能以及MPPT與恒壓、恒流切換功能等。按照?qǐng)D4連接好電路圖，檢查好電路確認(rèn)無(wú)誤，即可上電，電路正常工作之后，即可開始對(duì)各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。Super Buck主電路太陽(yáng)陣電

8、子負(fù)載電纜1接口電纜2FPGA控制板圖4 Super Buck主電路功能及性能測(cè)試連線圖 （1）限壓功能（MPPT轉(zhuǎn)恒壓切換）測(cè)試調(diào)節(jié)電子負(fù)載工作于恒阻模式（3路負(fù)載并聯(lián)，每組7.5負(fù)載電阻）。開啟太陽(yáng)陣，加電，電路首先工作于MPPT模式，待電路工作穩(wěn)定之后，切斷一路負(fù)載，此時(shí)輸出電壓會(huì)超過(guò)42V限壓點(diǎn)，電路切換到限壓電路。 在切斷負(fù)載之后，觀察輸出電壓_(是/否)穩(wěn)定于421V,如若穩(wěn)定，穩(wěn)定值為_V，_（滿足/不滿足）要求。（2）限流功能（MPPT轉(zhuǎn)恒流切換）測(cè)試調(diào)節(jié)電子負(fù)載工作于恒阻模式（3路負(fù)載并聯(lián)，每組7.5負(fù)載電阻，第4路負(fù)載為5）。開啟太陽(yáng)陣，加電，電路首先工作于MPPT模式，待電路工作穩(wěn)定之后，切斷一路負(fù)載，此時(shí)輸出電壓會(huì)超過(guò)42V限壓點(diǎn)，電路切換到限壓電路。 在切斷負(fù)載之后，觀察輸出電壓_(是/否)穩(wěn)定于421V,如若穩(wěn)定，穩(wěn)定值為_V，_（滿足/不滿足）要求。（3）過(guò)