Neue Software für Grid Tie Inverter

[andreas]

Hallo Jörg,

für weiteres musst Du schon selber im Forum suchen oder die betreffenden Aktionäre direkt anschreiben. Die Hardware hatte ich nie in den Fingern. Ich habe lediglich mal ein Disassembler-Listing mit Kommentaren versehen und die damals gesuchten Details an Bernhard übermittelt. Das war nur eine sportliche Übung in reiner Theorie als Zuarbeit zum Umbau auf einen erweiterten Spannungsbereich.

MfG. Andreas

[JBecker]

Hallo Andreas,
ich habe inzwischen schon mit Bernhard und Joachim Kontakt aufgenommen. Die Sourcen von Bernhard habe ich ja schon und von Joachim auch schon einige gute Hinweise, wie seine Software aufgebaut ist. Scheint etwas näher an der Originalsoftware zu sein als Bernhards. Habe am WE auch noch einige Blicke in die Hardware geworfen und kann mir jetzt ganz gut vorstellen, wie das Ganze funktioniert.
Wenn ich Ersatz für den UCC3806 bekomme (vielleicht heute), muss ich zuerst einmal den GTI wieder funktionstüchtig bekommen, dann geht's an die Software. Ich melde mich auf jeden Fall hier im Forum, wenn ich mal etwas fertig habe. Mir schwebt da eine universelle Lösung vor, die man mittels geeigneter Parametrierung auf den jeweiligen Bedarf anpassen kann (Regelbereich, Regelgeschwindigkeit, ...?).

Mein vordringlicher persönlicher Bedarf ist eine Ausweitung des MPP-Bereichs auf Spannungen bis ~26V herunter (ich habe einen 350W GTI mit 28-52V). Momentan (also, wenn er mal wieder läuft ) ziehe ich aus einem 230W PV-Panel mit 60 Zellen bei ~29V maximal ~4.2A (also ~120W), habe dann am Ausgang nur ca. 105-110W (habe dort bisher maximal 120W gesehen). Weiter herunter (Eingangsspannung) regelt das Gerät im Originalzustand wohl nicht. Da der Kurzschlusstrom des Panels unter gleichen Bedingungen bei ~7.8A liegt, muss da einfach mehr drin sein. Ich möchte schon irgendwann unter idealen Bedingungen mal ~200W am Ausgang sehen. Eventuell könnte man auch zwei Panels am Eingang parallel schalten, dann sollte man die versprochenen 350W auch bei nicht ganz tollen Bedingungen erreichen können. Darüber darf er dann gerne die Leistung begrenzen.

Gruß,
Jörg.

PS: ich habe übrigens einen ATmega8 in meinem Gerät (ausgelesen)

[andreas]

Hallo Jörg,

die Spannungsuntergrenzen wird der Hersteller nicht umsonst gezogen haben. Denn auch bei maximaler Pulslänge reicht irgendwann das Transformationsverhältnis der Übertrager nicht mehr aus, um auf die notwendige Ausgangsspannung zu kommen. Dass dort dann auch die Leistung nicht optimal ist, ist kein Wunder.

Sinnvoller erscheint mir die Nutzung zweier Panels mit dieser Spannung in Reihe als Quelle, welche bei hoher Belastung in der Spannung etwas einknicken und damit vermutlich noch knapp unter der Maximalspannung des Wandlers bleiben. Oder der Erwerb eines Wandler für den kleineren Spannungsbereich, welcher bis etwa 30 V ausgelegt ist.

MfG. Andreas

[JBecker]

Hallo Andreas,
es ist mir schon klar, dass die Spannungsgrenzen nicht ohne Grund gezogen worden sind. Ich benötige aber auch nur eine relativ geringe Absenkung um ~10%. Der GTI sollte im Übrigen so ausgelegt sein, dass er auch bei der zulässigen maximalen Netzspannung von 230V +10% noch einspeisen kann (am Einspeisepunkt sind u.U. sogar +15% zulässig). Ein weiterer Punkt ist der eigentlich angestrebte (und für eine Zulassung wichtige) sinusförmge Ausgangsstrom. Wenn man den 'nicht so eng' sieht (der GTI hat auch im Originalzustand keine Zulassung!), dann kann man immer noch in den Bereichen der Sinusperiode Energie übertragen, in denen die Netzspannung nicht gerade den Maximalwert erreicht. Das Übertragerverhältnis des Trafos sollte also hier keine unüberwindbare Schranke darstellen.
Wenn ich mich vorher stärker damit beschäftigt hätte, dann hätte ich vermutlich einen GTI mit 14-28V Eingangsspannung verwendet und auf höhere Spannungsfestigkeit umgebaut (wie hier im Forum von Bernhard beschrieben). Vielleicht schaffe ich mir später noch so einen an. Im Moment würde es mir aber reichen, wenn mein 350W GTI die 230W eines Panels vernünftig umsetzt.

Zwei Panels in Reihe zu schalten wird nicht funktionieren, da die maximale Leerlaufspannung eines 60 Zellen Panels bei niedriger Temperatur (-10°C) schon bei 43V liegt. Zwei in Reihe also über 85V! Das hält auch der 28-52V GTI bei Weitem nicht aus. Die Spannung unter Last ist hier nicht ausschlaggebend, da auch unter Leerlaufbedingungen der GTI nicht zerstört werden soll! Und Leerlaufbetrieb kann man nie ausschließen (Aufstartphase des GTI, Netzausfall, Sicherungsfall,...).
GTIs, die explizit für 60 Zellen Panels geeignet sind, gibt es so ohne Weiteres wohl nicht (zumindest nicht preiswert). Der angegebene Spannungsbereich müsste da bei 24-48V liegen. Habe ich bisher leider noch nicht gefunden.
Der MPP eines 60 Zellen Panels liegt bei Sommertemperaturen dann leider nur bei 26-27V! Die polykristallinen Zellen haben einen Temperaturkoeffizienten der Spannung von -0.45%/°C. Man unterschätzt hier sehr leicht die Auswirkungen.

Gruß,
Jörg.

[JBecker]

Es hat zwar etwas gedauert und ich hatte auch leider wieder nicht viel Zeit, aber ich habe mal aus den Quellen von Joachim (in Pascal, vielen Dank nochmal dafür) eine Version in C abgeleitet.
Einige Dinge habe ich anders gelöst, vieles habe ich auch entfernt, weil ich es mit meiner Hardware nicht nachvollziehen kann.

Ich habe auch zur Formung des Ausgangsstroms eine Sinustabelle für die Modulierung der Pulsweite eingefügt. Diese Tabelle habe ich nachher auch noch etwas modifiziert (im vorderen Teil abgeflacht), um die Sinusform am Ausgang zu verbessern.
Die Software läuft bei mir zufriedenstellend, der MPP wird auch halbwegs zuverlässig gefunden. Mit dem MPP-Tracker bin ich allerdings insgesamt noch nicht zufrieden. Ich muss an zu vielen Parametern drehen, um bei Änderungen ein zufriedenstellendes Arbeiten zu erreichen. Im Moment ist er auf 'langsam' eingestellt und entspricht daher ungefähr der Original-Software.
Insgesamt ist die Software von der Grundarchitektur her wohl in Ordnung. Das angehängte Projekt lässt sich mit dem WinAvr und AVR-Studio 4 kompilieren. Es müsste als Ausgangsbasis für eigene Experimente auf jeden Fall gut zu gebrauchen sein.

Die Messwerte sind von den Absolutwerten her nicht überprüft, ich habe noch keine Debug-Möglichkeiten implementiert. Die Schwellen sind daher zum Teil experimentell ermittelt.

Gruß,
Jörg.

[jomixl]

Hallo Jörg,
hab mir mal deine Version angeschaut, ich kann zwar c nur unzureichend lesen, aber ich meine zu erkennen dass du dich zumindest grob an meine version gehalten hast. Was ich noch garnicht verstehe ist die Geschichte mit der Sinustabelle. Kannst du mir das mal wie einem 4-jährigen erklären?
Mit welchen Eingangsgrößen berechnest du den Index, zu welchem Zeitpunkt kommt das zur Anwendung, was sind die Vorteile gegenüber meiner Version?

Grüsse Joachim

[JBecker]

Hallo Joachim,
wie schon geschrieben, habe ich mich sehr von Deiner Software 'inspirieren' lassen , ich habe sie in wesentlichen Zügen übernommen. Das auch deshalb, weil ich sie von der Struktur her für weitestgehend 'passend' halte. Da muss man nicht etwas völlig Neues erfinden.

Zur Sinustabelle:
Wie man an den Resten im Code noch erkennt, habe ich zuerst wie Du 1ms nach einem Nulldurchgang die PWM mit der vom MPP-Tracker ermittelten fixen Pulsweite eingeschaltet und diese dann nach weiteren 8ms wieder abgeschaltet (case 10 und case 90 in den Zeilen 511 und 517).
Das habe ich dann irgendwann ersetzt durch den Code in den Zeilen 530-533.

Code: Alles auswählen

   if( !(PORTB&(1<<PWMDISABLE))&&(SinePhase>=10)&&(SinePhase<=90) )
      OCR1A = (uint32_t)PulseWidth*Sine[SinePhase]>>8;
   else
      OCR1A = 0;                       // PWM ausschalten


Meine Sinustabelle hat 100 Werte für die nominal 10ms der Halbwelle, der Timer-Interrupt kommt ja alle 100us. Die ersten 10 und die letzten 10 Werte sind Nullen, da in dieser Zeit die PWM nicht aktiv sein soll (hätte man natürlich aus Speicherplatzgründen weglassen können). Jetzt wird einfach bei jedem 100us Interrupt ein neuer Wert aus der Tabelle geholt, der erste nach 10*100us=1ms und der letzte nach 90*100us=9ms. Dieser Wert wird mit der vom MPP-Tracker berechneten Pulsweite multipliziert und danach wieder auf 9 Bit gebracht (ich lasse die PWM mit 9 Bit Auflösung laufen). Da die Tabelle die erwähnten Nullen enthält, hätte man es auch so lösen können:

Code: Alles auswählen

   if( !(PORTB&(1<<PWMDISABLE))&&(SinePhase<=100) )
      OCR1A = (uint32_t)PulseWidth*Sine[SinePhase]>>8;
   else
      OCR1A = 0;                       // PWM ausschalten


Der Index (SinePhase) wird also nicht 'berechnet', er wird einfach nach einem Nulldurchgangsinterrupt hochgezählt. Da die OCR Register doppelt gepuffert sind, kann man einen neuen PWM Wert auch jederzeit einfach hineinschreiben, er wird bei der 'nächsten' PWM-Periode übernommen.

Warum ich das mit dem Sinus gemacht habe? Hmmm, um einen netzgekoppelten WR in DE betreiben zu dürfen, sollten die Harmonischen im Ausgangsstrom unter einem bestimmten Grenzwert liegen. Diesen werde ich zwar auch so nicht erreichen, aber man sollte es wenigstens versuchen. Auch der Gesundheit der Bauteile auf der Sekundärseite sollte mindestens theoretisch eine solche Steuerung gut tun. Bei Verwendung einer fixen Pulsweite wird in den Bereichen, wo die Netzspannung noch gering ist, mehr Leistung auf die Sekundärseite übertragen und diese Leistung dann mit einem tendenziell höheren Strom in das Netz abgegeben. Ich habe zumindest mit der ursprünglichen Version (feste Pulsweite, 10 Bit PWM) extreme Spitzen auf dem Ausgangsstrom gemessen und auch die 'Geräuschkulisse' war recht unangenehm. Das hört sich nach einem kosmetischen Problem an, aber solche Geräusche sind oft symptomatisch für erhöhten Stress an den Bauteilen (hörbar durch Magnetostriktion) und das kann man ja vermeiden.

Ich habe übrigens bei meinem GTI immer noch ein kleines Problem, welches mir anfangs eine Menge Kopfzerbrechen bereitet hat. Der Lüfter scheint extreme Störungen zu verursachen, die sich insbesondere auf die Nulldurchgangserkennung negativ auswirken. Den Effekt konnte man auch mit der Originalsoftware beobachten, die Leistung änderte sich extrem, wenn der Lüfter aktiviert wurde. Mit den jetzigen Einstellungen der Ausblendung des Comparatorinterrupts geht es aber ganz gut.

Ich habe es übrigens bisher bei diesen ganzen Software-Spielereien noch nicht geschafft, den WR kaputt zu bekommen. Das spricht auch für ein nicht ganz schlechtes Hardwaredesign.
Und noch etwas, ich bekomme jetzt aus meinem 230W PV-Panel bei optimalen Bedingungen (das ist jetzt leider schon einige Tage her ), ~170W am Ausgang des GTI. Mit den 85% Wirkungsgrad ziehe ich dann also ca. 200W aus dem Panel. Meine andere Anlage mit 8 Panels und einem Effekta ES3300 zeigte im gleichen Moment 1.67kW Eingangsleistung, also minimal mehr pro Panel (~210W).

Gruß,
Jörg.

[jomixl]

Danke für die recht ausführliche Erklärung!
Ich meine ich hätte am Anfang meiner Forschungen auch mal den PWM-Ausgang bei der Qrginal-SW beobachtet, konnte damals aber keinen Sinus erkennen.
Hast du mal das Orginal dahigehend betrachtet?
Ich kann schon verstehen dass sowas Sinn macht und werde es auch in meiner Version einpflegen.
Wie du bestimmt erkannt hast hab ich das Debugproblem mit einem I2C-Monitor zumindest ansatzweise gelöst.

grüsse joachim

[JBecker]

Mit Originalfirmware habe ich mir weder den Ausgang des WR noch die PWM angesehen. Dann habe ich beim Auslesen der Firmware irgendeinen dummen Fehler gemacht und nur Müll in der Hex-Datei. Die Originalfirmware ist also weg und ich möchte auch keine hier aus dem Forum einspielen.
Im Originalthread zum Reengineering des GTI hat aber mal jemand etwas von einer Sinustabelle in der Firmware geschrieben und das Ganze macht auch irgendwie Sinn.
Auch wenn viel von dem chinesischen Krempel nicht ansatzweise den aufgedruckten Angaben entspricht, so denke ich doch, dass man auch dort versucht, wenigstens das mit diesem geringen Hardwareaufwand technisch machbare umzusetzen. Mein GTI war auf jeden Fall mit der Originalfirmware akkustisch genauso 'unauffällig' wie jetzt mit meiner Sinuslösung.

Eine Debugging-Möglichkeit möchte ich auch noch haben. Vermutlich wird es ein LCD mit Schieberegister-Ansteuerung, so dass ich nur maximal drei Leitungen benötige (MISO, MOSI, SCK). Für I2C habe ich auch keinen 'Empfänger' herumliegen.

Gruß,
Jörg.

[jomixl]

Hallo Jörg,
hab inzwischen nach deinem Vorbild die Sinustabelle eingebaut.
Dat Teil mach damit erheblich weniger Geräusche!
Mit deinem MPPTracker komme ich allerdings nicht zurecht, vielleicht hab ich ihn auch falsch in Pascal übertragen .....
Ich hatte das Problem vor allem bei sinkender Ue.
Wenn Ue fällt, damit fällt ja auch die Leistung, und der Tracker in Richtung down unterwegs ist, kommt er bei mir aus dem Tritt und fährt die Pulsweite auf Minimum. Hab das gelöst indem ich mir die Änderungen von Ue anschaue und abhänig davon den Tracker aufrufe.
Hast du bei dir auch sowas beobachtet?

Grüsse
Joachim