m基于FPGA的MPPT最大功率跟踪算法verilog实现,包含testbench

简介: 该内容包括三部分:1) 展示了Vivado 2019.2和Matlab中关于某种算法的仿真结果图像,可能与太阳能光伏系统的最大功率点跟踪(MPPT)相关。2) 简述了MPPT中的爬山法原理,通过调整光伏电池工作点以找到最大功率输出。3) 提供了一个Verilog程序模块`MPPT_test_tops`,用于测试MPPT算法,其中包含`UI_test`和`MPPT_module_U`两个子模块,处理光伏电流和电压信号。

1.算法仿真效果
其中Vivado2019.2仿真结果如下:

image.png

使用matlab进行显示如下:

image.png

2.算法涉及理论知识概要
在太阳能光伏系统中,最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)是提高能量转换效率的关键技术之一。爬山法(Hill Climbing Algorithm, HCA)作为最直观和基础的MPPT算法之一,因其简单易实现而被广泛研究。

   爬山法的基本思想是:从任意工作点出发,通过逐步调整光伏电池的工作点,使输出功率逐渐增大,直到无法继续增加为止,此时即认为达到了最大功率点。算法核心在于如何确定每次调整的方向和幅度。

   假设光伏电池的输出功率P与其工作电压V之间存在关系P=f(V),在大多数情况下,此函数在低电压和高电压区域单调递减,在中间某区间内有一个最大值点,即最大功率点Vmpp​。

image.png

3.Verilog核心程序
````timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 04:44:35 06/05/2019
// Design Name:
// Module Name: MPPT_test_tops
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
module MPPT_test_tops(
i_clk,
i_rst,
o_PV_current,
o_PV_voltage,
o_PV_power,
o_PV_max,
o_PV_current2,
o_PV_voltage2,
o_state
);

input i_clk;
input i_rst;
output signed[15:0]o_PV_current;
output signed[15:0]o_PV_voltage;
output signed[31:0]o_PV_power;
output signed[31:0]o_PV_max;
output signed[15:0]o_PV_current2;
output signed[15:0]o_PV_voltage2;
output [1:0]o_state;

//为了单独测试MPPT,这里直接模拟来自PV的U和I
UI_test UI_PV(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.o_current(o_PV_current),
.o_voltage(o_PV_voltage)
);

//MPPT
MPPT_module MPPT_module_U(
.i_clk (i_clk),
.i_rst (i_rst),
.i_PV_current(o_PV_current),
.i_PV_voltage(o_PV_voltage),
.o_PV_power (o_PV_power),
.o_PV_max (o_PV_max),
.o_PV_current(o_PV_current2),
.o_PV_voltage(o_PV_voltage2),
.o_state (o_state)
);

endmodule
```

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