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Solar Explorer Kit を使用した MPPT 対応の太陽光発電インバーター
この例では、C2000™ Microcontroller Blockset を使用して太陽光発電 (PV) インバータ システムを実装する方法を示します。この例では、 Texas Instruments Solar Explorer Kit とTexas Instruments F28035 controlCARDを使用します。
この例では以下を行うことができます。
PVインバータシステムのプラントモデルをシミュレートする
パフォーマンスをテスト、制御アルゴリズムを調整する
コントローラのコードを生成し、 controlCARDにロードします。
ホストコンピュータを使用して信号を監視し、パラメーターを調整する
必要なハードウェア
Texas Instrumentsソーラーエクスプローラーキット (TMDSSOLAR(P/C)EXPKIT)
F28035controlCARD
利用可能なモデル
Solar_Inverter_Sim は、PV インバータ システムのプラント モデルとコントローラをシミュレートするために使用できます。
c28035solar_inverter を使用するとコードを生成し、 F28035 controlCARDにロードできます。
c28035solar_inverter をホスト コンピュータ上で実行して、信号を記録し、パラメーターを調整することができます。
MPPTを使用した太陽光発電インバータのシミュレーション
シミュレーションモデルは、プラント モデルとコントローラーで構成されます。プラント モデルは、次の 3 つの主要コンポーネントで構成されます。
エミュレートされたPVパネル:このモジュールは、放射照度値 (kW/m2 単位) を入力として受け取り、 Texas Instruments Solar Explorer Kit に実装されている PV エミュレーターをシミュレートします。
DC-DCブーストコンバータ:このモジュールは、PWM パルスのデューティ サイクルに基づいて入力電圧を昇圧します。
単相DC-ACインバーター:このモジュールは、H ブリッジ トポロジを使用して単相 AC 電圧波形を生成します。出力にAC負荷を接続できます。
シミュレーションモデル内のコントローラーは次のとおりです。
最大電力点追従（MPPT）
DC-DC昇圧コントローラ
DC-ACインバータコントローラ
ソーラーパネルのエネルギー効率を高めるには、パネルを最大電力点で動作させる必要があります。ただし、PV セルの非線形性や温度および光強度の変化により、最大電力点は固定されません。摂動&観察 (P&O) アルゴリズムは、最大電力点動作に必要な基準電圧を計算するための Stateflow ® チャートを使用して実装されます。基準電圧は、DC-DC ブースト コントローラの助けを借りて実現されます。DC-DC ブースト コントローラは、MPPT アルゴリズムによって設定された基準電圧を追跡するための PI コントローラを実装します。基準電圧を追跡するために、PV パネル電圧 (Vpv) を測定します。
DC-DC ブースト コンバータは、単一のスイッチング MOSFET (Q1) を備えた従来の単相コンバータです。Q1 を駆動する PWM 出力のデューティ サイクルによって、制御対象パラメーターに与えられるブーストの量が決まります。
DC-DC ブースト コントローラは、PI コントローラを使用して実現されます。ブーストコンバータのデューティサイクルが増加するとパネルに負荷がかかり、パネル出力電圧が低下します。したがって、コントローラの出力（ブーストコンバータのデューティサイクル）が増加すると、コントローラへのエラー入力が増加します。基準電圧値を実現するために、PI コントローラのフィードバックと電圧基準入力が反転されます。コントローラーは 50 kHz の速度で動作します。
DC-DC ブースト コンバータの出力電圧は、DC-DC ブースト コントローラを使用して制御されません。ただし、昇圧コンバータの出力電圧は DC-AC インバータ コントローラによって調整され、DC-AC インバータによって消費される電流を調整して、この電圧を一定に保ちます。DC-AC インバータ コントローラは、外側の電圧ループと内側の電流ループというネストされた制御ループを使用します。
電圧ループは電流ループの基準を生成します。電流が増加すると DC バスに負荷がかかり、DC バス電圧が低下します。基準電圧値を実現するために、フィードバックと外部電圧補償器の基準が反転されます。次に、電流参照と正弦リファレンスを乗算して、瞬間電流参照を取得します。次に、瞬時電流参照は、フィードバック電流とともに電流補償器によって使用され、DC-AC インバータのデューティ サイクルを提供します。デューティ サイクルは、ユニポーラ正弦 PWM 技術を使用して計算されます。
PV エミュレータへの入力を変更して、さまざまな放射照度の値のシミュレーションを実行できます。コントローラーのパラメーターを調整して、洗練されたパフォーマンスを得ることができます。
コントローラのコードを生成し、ControlCARDにロードする
展開モデルは、次の目的で使用される 3 つのリアルタイム割り込みサービス ルーチン (ISR) で構成されます。
DC-DC昇圧コンバータの閉ループ制御（50 kHz）
DC-ACインバータの閉ループ制御（20 kHz）
ホストモデルからユーザーが送信した放射照度値を設定する
F28035 プロセッサは、シリアル通信インターフェイス (SCI) を介して放射照度値を受信し、シリアルペリフェラルインターフェイス (SPI)通信を使用してそれを F28027 プロセッサ (Solar Explorer Kit 上の PV エミュレーター) に送信します。F28027 プロセッサは、F28035 プロセッサから更新された放射照度値を受信するように事前構成されています。
ホストコンピュータを使用して信号を監視し、パラメーターを調整する
ホスト モデルはキットからデータを受信し、それをプロットして MPPT と制御アルゴリズムのパフォーマンスを検証します。
信号を監視する
モデルの実行中に、スコープで実際のパネル電力信号を監視できます。実際のパネル電力は、PV エミュレータによって供給されるリアルタイムの電力です。
パラメーターを調整する
モデルの実行中に、ダッシュボード ブロックを使用してパラメーターを調整できます。
放射照度 - PV エミュレータに供給される放射照度値 (kW/m2)。
手動 PV 電圧基準値 - PV エミュレータの動作点を手動で設定するために使用される値。この値は、トグル スイッチが Manual Vref オプションに設定されている場合に使用されます。スイッチを切り替えると MPPT アルゴリズムがオフになり、PV エミュレータの動作電圧を選択できるようになります。値は、設定された放射照度におけるパネルの開回路電圧、つまり
Vref_cmd <= Irradiance (in kW/m2) * 28以下でなければなりません。
