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基于FPGA的峰值功率跟踪系统测试大纲

课题名称：基于FPGA的峰值功率跟踪系统设计
课题编号：
承研单位：中国航天科技集团公司八院811所
编写日期：2013年3月

8

1 试验目的
通过对基于FPGA的峰值功率跟踪系统进行试验测试，验证其MPPT技术及Super Buck相关技术指标是否满足合同规定要求。
2 测试项目及测试指标
测试项目及测试指标见表1。
表1 基于FPGA的峰值功率跟踪系统测试项目及测试指标
项目
合同要求技术指标
备注
MPPT
MPPT电路功率
≥400W
单组（共2组）
MPPT电路效率
> 93%

MPPT跟踪精度
≥99%

MPPT均流精度
≤5%

主电路
过压点
42V

保护功能
有
过流保护
MPPT、恒压切换

MPPT、恒流切换

3 测试设备
主要测试设备见表2。
表2 主要测试设备
序号
名称
型号规格
数量
1
Tektronix 100MHz示波器
DPO-3014
1
2
Agient光伏模拟器
E4360A
1
3
Fluke万用表
16B
1
4
隔离探头

2
5
高频电流探头

2
6
辅助源

若干
5
电子负载

1
6
PC机

1
4 测试环境
常温、常压。
5 具体试验情况
测试的主要目的在于验证基于FPGA的MPPT技术主要电性能是否满足项目合同规定的要求。测试内容主要包括MPPT电路效率、MPPT跟踪精度、MPPT均流精度、限压功能、保护功能等方面。
5.1 基于FPGA的MPPT功能及性能指标测试
主要包括MPPT电路效率、MPPT跟踪精度、MPPT均流精度等。
（1） MPPT跟踪精度
Super Buck主电路
太阳阵

电子负载
电缆1
接口
电缆2

FPGA控制板

PC机
串口

图2 MPPT跟踪精度测试连接图
按照图2连接好电路图，检查好电路确认无误，即可上电，电路正常工作之后，即可开始对各项性能参数进行测量。利用串口通信，在PC机上显示跟踪的功率值。
电调节电子负载工作于恒阻模式（3路负载并联，每组7.5Ω负载电阻）。开启太阳阵，使之工作于SAS模式，设定V-I曲线。合闸，加电。等待MPPT跟踪稳定之后，利用串口通信得到一段时间的跟踪的功率，计算出跟踪到的功率平均值，从而计算出MPPT跟踪精度（跟踪的功率与设定的最大功率的比值）。改变V-I曲线，分别对每条V-I曲线进行MPPT电路跟踪精度测量，数据记录于表4。
表4 不同V-I曲线下的MPPT跟踪精度测量
曲线
VOC
ISC
VM
IM
PM
跟踪功率
跟踪精度
曲线1

曲线2

曲线3

曲线4

曲线5

试验结论：
当太阳阵V-I曲线变化时，此时MPPT跟踪精度为 ，效率指标（满足/不满足）合同规定要求。
（2） MPPT电路效率
按照图1连接好电路图，检查好电路确认无误，即可上电，电路正常工作之后，即可开始对各项性能参数进行测量。
Super Buck主电路
太阳阵

电子负载
电缆1
接口
电缆2

FPGA控制板

图1 MPPT效率测试连接图
太阳阵与Super Buck主电路输入通过电缆连接，而主电路输出与电子负载通过电缆连接。Super Buck主电路板与FPGA控制板通过信号线（主要有输入电压电流采样信号线，输出电压采样信号线，MPPT基准信号线）相连，以实现FPGA对主电路的控制。
调节电子负载工作于恒阻模式（3路负载并联，每组7.5Ω负载电阻）。开启太阳阵，使之工作于SAS模式，设定V-I曲线。合闸，加电。记录此时的MPPT电路效率。改变V-I曲线，改变功率，分别对每个功率进行MPPT电路效率测量，数据记录于表3。
表3 不同输出功率下的MPPT电路效率表
曲线
VOC
（V）
ISC
（A）
VM
（V）
IM
（A）
Pin
（W）
Pout
（W）
效率
曲线1

曲线2

曲线3

试验结论：
当变换器输出功率变化时，MPPT电路效率最小，最大分别为
和 ，效率指标______（满足/不满足）合同规定要求
（3） MPPT均流精度
Super Buck主电路
太阳阵

电子负载
电缆1
接口
电缆2

FPGA控制板

图3 MPPT均流精度测试电路图
按照图3连接好电路图，检查好电路确认无误，即可上电，电路正常工作之后，即可开始对各项性能参数进行测量。利用高频电流探头，测量两路交错Super Buck电路的输入电流均流精度。
电调节电子负载工作于恒阻模式（3路负载并联，每组7.5Ω负载电阻）。开启太阳阵，使之工作于SAS模式，设定V-I曲线。合闸，加电。等待MPPT跟踪稳定之后，利用高频电流探头测量两路输入电流的平均值，从而计算出MPPT均流精度。均流精度定义为，两路电流与两路电流平均值的的差值与两路电流平均值的比值。改变V-I曲线，分别对每条V-I曲线进行MPPT均流精度测量，数据记录与于表5。
表5 不同V-I曲线下的MPPT均流精度测量
曲线
第一路输入电流（A）
第二路输入电流（A）
每路输入电流平均值（A）
差值
（A）
均流精度
（%）
曲线1

曲线2

曲线3

试验结论：
当太阳阵V-I曲线变化时，此时MPPT跟踪精度为 ，效率指标（满足/不满足）合同规定要求。
5.2 Super Buck主电路功能及性能测试
主要包括限压功能、过流保护功能以及MPPT与恒压、恒流切换功能等。
按照图4连接好电路图，检查好电路确认无误，即可上电，电路正常工作之后，即可开始对各项性能参数进行测量。
Super Buck主电路
太阳阵

电子负载
电缆1
接口
电缆2

FPGA控制板

图4 Super Buck主电路功能及性能测试连线图
（1）限压功能（MPPT转恒压切换）测试
调节电子负载工作于恒阻模式（3路负载并联，每组7.5Ω负载电阻）。开启太阳阵，加电，电路首先工作于MPPT模式，待电路工作稳定之后，切断一路负载，此时输出电压会超过42V限压点，电路切换到限压电路。
在切断负载之后，观察输出电压______(是/否)稳定于42±1V,如若稳定，稳定值为______V，_______（满足/不满足）要求。
（2）限流功能（MPPT转恒流切换）测试
调节电子负载工作于恒阻模式（3路负载并联，每组7.5Ω负载电阻，第4路负载为5Ω）。开启太阳阵，加电，电路首先工作于MPPT模式，待电路工作稳定之后，切断一路负载，此时输出电压会超过42V限压点，电路切换到限压电路。
在切断负载之后，观察输出电压______(是/否)稳定于42±1V,如若稳定，稳定值为______V，_______（满足/不满足）要求。
（3）过流保护性能测试
调节电子负载为恒阻模式（3路负载并联，每组7.5Ω负载电阻，第4路负载为3Ω）。
开启太阳阵，加电，电路首先工作于MPPT模式，待电路工作稳定之后，加入一路负载，此时输出电压会超过过流保护点，电路保护。观察电路____(是/否)保护，驱动信号_____(是/否)封锁。