基于FPGA的多端DRI電源逆變器的控制算法的實(shí)現(xiàn)

基于FPGA的多端DRI電源逆變器的控制算法的實(shí)現(xiàn)賽靈思Spartan-3AFPGA可強(qiáng)化面向多端DRI電源逆變器的控制算法實(shí)現(xiàn)方案面向工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品開發(fā)需要在時(shí)限和產(chǎn)品規(guī)范不斷變化的環(huán)境中進(jìn)行廣泛的研究和準(zhǔn)備。雖然這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品上市時(shí)間不像消費(fèi)類電子產(chǎn)品那樣快，但是產(chǎn)品必須迅速生產(chǎn)交付，并具備盡可能多的用于發(fā)展新一代產(chǎn)品的關(guān)鍵性功能、特性和潛能。企業(yè)力爭(zhēng)成為各自所在競(jìng)爭(zhēng)領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，特別是在綠色能源等全新市場(chǎng)，因其尚處于起步階段，沒有預(yù)定的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，從而需要先驅(qū)者設(shè)計(jì)、開發(fā)和推出全新的產(chǎn)品。成功不僅取決于倍受鼓舞、專心投入的工程師團(tuán)隊(duì)，高級(jí)計(jì)算技術(shù)和全新材料，同時(shí)還取決于有沒有風(fēng)險(xiǎn)投資者或者政府機(jī)構(gòu)為這些能夠改善能源發(fā)電、分配、監(jiān)控、計(jì)量和消費(fèi)等領(lǐng)域充滿前景的方法提供資助。2011年秋天，來自新澤西的高級(jí)電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品和替代能源系統(tǒng)制造商——普林斯頓電力系統(tǒng)（PPS）的工程師展示了他們最新的綠色電源產(chǎn)品。這種需求響應(yīng)逆變器（DRI）是PPS、美國能源部和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室太陽能電網(wǎng)整合系統(tǒng)（SEGIS）為期三年的合作成果。開發(fā)出的多端DRI（圖1）具有獨(dú)特的靈活性，相比目前可用的逆變器擁有更高的可靠性、更高的效率和更低的成本等眾多優(yōu)勢(shì)。該DRI配備多個(gè)AC和DC端子，能夠?qū)㈦娫绰酚傻诫娋W(wǎng)、微型電網(wǎng)、DC能源存儲(chǔ)系統(tǒng)或動(dòng)態(tài)負(fù)載上。可編程電源曲線和充電曲線可提高對(duì)發(fā)電機(jī)、負(fù)載和電池的控制，從而確保更高的效率。此外，使用大容量、較長(zhǎng)使用壽命的高級(jí)開關(guān)可最大限度地提高可靠性。普林斯頓電力系統(tǒng)展示了DRI的眾多特性：提高電網(wǎng)的互聯(lián)性和效率，增強(qiáng)可再生能源系統(tǒng)的性能，以及幫助電動(dòng)車和分布式發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更高的集成度。DRI是該公司“日光島”微電網(wǎng)演示（圖2）的組成部分。這個(gè)演示詳細(xì)地介紹了清潔技術(shù)和制造方面的重大進(jìn)步，其中包括200千瓦太陽能電池陣列和鋰離子電池系統(tǒng)等。微型電網(wǎng)可以獨(dú)立于主要的公用電網(wǎng)運(yùn)行，提供可靠、低碳排放的能源。普林斯頓電力系統(tǒng)的DRI與柴油或者汽油AC發(fā)電機(jī)相兼容，也可使用光伏（PV）或者風(fēng)電輸入。使用DRI的小型社區(qū)可以減少對(duì)電網(wǎng)的依賴，減少碳足跡并降低公用設(shè)施成本。此外，DRI還能為電網(wǎng)服務(wù)和光伏提供面向電動(dòng)車的存儲(chǔ)和充電服務(wù)。賽靈思SPARTAN技術(shù)

為了充分滿足工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求，像普林斯頓電力系統(tǒng)這樣的企業(yè)充分利用賽靈思目標(biāo)設(shè)計(jì)平臺(tái)（TDP）等靈活開發(fā)工具的優(yōu)勢(shì)，并得到其豐富的生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù)支持。在這種情況下，工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是決定如何擴(kuò)展DRI系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理器的輸入和輸出，以及如何實(shí)現(xiàn)并行工作的控制和通信接口。PDSConsulting可為各種市場(chǎng)的可編程數(shù)字系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)服務(wù)，其中包括航空航天與軍用、廣播、工業(yè)、科研和醫(yī)療等。該公司以賽靈思聯(lián)盟計(jì)劃成員的身份為這個(gè)項(xiàng)目提供工作支持。PDS咨詢團(tuán)隊(duì)可提供現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作系統(tǒng)調(diào)試和PCB啟動(dòng)，以及非現(xiàn)場(chǎng)RTL和IP設(shè)計(jì)等服務(wù)。此外，我們還向普林斯頓電力系統(tǒng)的開發(fā)人員提出建議如何實(shí)現(xiàn)面向他們綠色電源控制算法的系統(tǒng)控制接口。最終，工程師選擇將賽靈思Spartan?XC3SD3400AFPGA與DSP相結(jié)合，當(dāng)作主系統(tǒng)控制組件（圖3）。Spartan-3AFPGA具有豐富的SelectIOTM功能，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)方案帶來高度的靈活性，對(duì)于觸發(fā)信號(hào)和ADC輸入通道而言尤為如此。賽靈思Spartan-3A系列因其FPGA允許進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)升級(jí)，可避免高昂的初始成本和冗長(zhǎng)的開發(fā)周期