Neue Software für Grid Tie Inverter

[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

[Nik]

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.

also wäre die Firmware in dem Posting quasi die, die ich aktuell auf den WR machen kann?

Möchtest Du die Original-FW ausgelesen haben?
Wenn ich den WR bekomme, kann/werde ich die auslesen

[JBecker]

Mit deinem MPPTracker komme ich allerdings nicht zurecht,...

Hallo Joachim, schön, dass die Sinustabelle mindestens ein akustischer Fortschritt ist . Mit dem Tracker bin ich auch nicht 100% zufrieden. Ich spiele immer mal wieder mit den Einstellungen herum und mit manchen läuft er in bestimmten Betriebsbereichen stabil, mit anderen nicht. Habe aber keine Zeit, daran aktuell etwas zu machen. Anzeigemöglichkeit habe ich jetzt über die SPI mit Schieberegister und LCD geschaffen. Die Messwerte sind eigentlich recht gut (genau und stabil), wenn der Lüfter nicht läuft! Sobald der Lüfter anläuft, fehlen mir beim Strom ca. 1-1.5A. Ich habe aber auch dafür leider momentan keine Zeit. Das ist ein Hardwareproblem, welches man sicher nur durch Hardwareänderungen endgültig lösen könnte. Vielleicht liegt es ja auch an meinem spezifischen Gerät. Was mich an der Hardware auch noch stört ist der über den Eingangsstrom ziemlich konstante Spannungsabfall von ~0.7V an dem Verpolungsschutz-FET im Eingang. Da müsste ich mir die Schaltung auch mal genauer ansehen. Das kann ja eigentlich nicht sein. Kannst Du den Spannungsabfall in der Höhe bei Dir bestätigen?

@Nik:
Die Firmware ist immer noch halbwegs aktuell. Eine Anzeigemöglichkeit fehlt darin, aber die benötigt ja auch zusätzliche Hardware (2x16 LCD + HC164). Wenn es bei Dir so weit ist, kann ich noch mal eine neue Version posten. Wenn Joachim mir seine Änderungen beim MPP-Tracker zur Verfügung stellt, dann baue ich die auch ein (würde mich auch sehr interessieren und das Ganze kann ich auch vorher am Panel testen).

Gruß,
Jörg.

[bernhard8]

Bei mir fällt am Verpolungs-FET eigentlich gar nix ab. Da ist vermutlich was faul. Vielleicht ist das Gate des MOSFET nicht angeschlossen? Dann würde nur die parasitäre Diode im MOSFET wirken.

[Nik]

also
ich hab mein WR-Dingens heute erhalten, das ging SEHR schnell

konnte noch nicht ganz so viel testen
hab reingesehen und erst mal die anschlüsse getauscht, gegen MC4.
die Fets hab ich nicht locker bekommen, werd ich die nächsten Tage mal probieren
ich wollte mir das PCB mal von unten ansehen, die verwenden aber blöden Schraubenlack ...

Isoliert sind die Fets alle gut, soweit ich sah, der Lüfter ging bei mir nicht an, hatte nachmittags gegen 17 Uhr ein 130Wp Panel dran und etwas über 70 W eingespeist (laut Verbrauchszähler)
Was mir auffiel: die rote LED ging öfter mal man, wenn ich am Netzkabel gewackelt habe, aber nie, wenn ich es am Kaltgerätestecker darauf angelegt hab ... komisch)
dabei sprang die Leistung natürlich erst mal auf 0.

wenn ich irgendwas messen soll, was Euch nützen könnte, kein Problem, hab Oszi da
Nochmal zur Frage mit dem SPI-Anschluss, wie ist da die genaue Belegung?

ich hab testweise mal einen Akku drangeklemmt, da ging nichts. Die grünen LEDs haben zwar Lauflicht gespielt, raus kamen aber nur 0 Watt laut dem Zähler. Ohne direkten Sonnenschein waren es immerhin 4 Watt
bei etwa 70-80 W hab ich den leise sirren gehört, aber nicht ungewöhnlich laut.

so viel erst mal von meiner Seite her
Wenn es also Änderungstipps o.ä. gibt, ich bin dabei

edit: die original-fw hat keine sinus-tabelle?