Modelowanie i realizacja praktyczna symulatora sprzętowego systemów fotowoltaicznych z wykorzystaniem układów FPGA

Adam PENCZEK, Robert STALA, Łukasz STAWIARSKI, Miłosz SZAREK, Andrzej MONDZIK Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Modelowanie i realizacja praktyczna symulatora sprzętowego systemów fotowoltaicznych z wykorzystaniem układów FPGA Streszczenie. W artykule opisano stanowisko badawcze do modelowania i weryfikacji w czasie rzeczywistym systemów pozyskiwania energii elektrycznej z paneli fotowoltaicznych. Do implementacji modeli wykorzystano, specjalnie w tym celu zaprojektowane, karty z układami FPGA (rodzina Cyclone III) wyposażone w interfejs cyfrowy oraz 4 kanały z szybkimi przetwornikami C/A. W artykule przedstawiono wyniki uzyskane w efekcie symulacji oraz porównano je z wynikami pomiarów układu rzeczywistego Abstract. The article presents a test bench for modelling and real-time verification of photovoltaic systems. For the model implementation, specially designed card with FPGAs IC (Cyclone III family), digital interface and 4 channel fast DAC converters were used. The article presents simulation results in comparison with experiment results.(modeling and practical realization of Hardware-in-the-Loop FPGA based photovoltaic system simulator). Słowa kluczowe: symulator sprzętowy, FPGA, model czasu rzeczywistego, system fotowoltaiczny Keywords: Hardware-in-the-Loop simulator, FPGA, Real-time Model, Photovoltaic System Wstęp Ze względu na rozbudowaną strukturę systemów fotowoltaicznych (PV), złożonych z paneli fotowoltaicznych i przekształtników energii, korzystnie jest prowadzić wstępne eksperymenty z wykorzystaniem narzędzi symulacyjnych. Dla weryfikacji algorytmu sterowania bardzo przydatna może być metoda wykorzystująca modele czasu rzeczywistego podzespołów obwodu mocy zaimplementowany w układzie FPGA [1] - [25] (HIL hardware-in-the-loop simulation). Algorytm sterowania zrealizowany w docelowej technologii (FPGA, DSP, analogowej) może być testowany z wykorzystaniem sygnałów modelu czasu rzeczywistego zrealizowanego w FPGA (Rys. 1). Metoda ta posiada następujące zalety: - jest bezpieczna i znacznie mniej kosztowna od eksperymentu laboratoryjnego (w technice odnawialnych źródeł energii), - umożliwia wybór i testowanie sterowania w różnych stanach środowiska (np. zmiana nasłonecznienia ogniwa PV lub temperatury otoczenia) - umożliwia obserwację wielu sygnałów równocześnie z obwodu mocy i sterowania) z wykorzystaniem narzędzi debugowania FPGA. - algorytm sterowania realizowany jest w dedykowanych układach elektronicznych i może zostać szybko wdrożony do praktycznej aplikacji. Rys. 1 Koncepcja symulacji w czasie rzeczywistym systemów fotowoltaicznych w układzie FPGA Metoda HIL wykorzystywana jest w badaniach systemów napędowych [11]- [23], przekształtników wielopoziomowych [8] - [10], układów energoelektronicznych [24], ale również systemów fotowoltaicznych [1-[7], [26]. Często wykorzystywanymi układami dla tej metody symulacji są układy FPGA ze względu na możliwość prowadzenia równoległych obliczeń, szybkość działania i dużą ilość portów wejściowych i wyjściowych (Rys. 1). Zastosowanie metod numerycznych umożliwia obliczanie w czasie rzeczywistym sygnałów modelujących prądy i napięcia w obwodzie. W [1] [7], [25], [28] wykazano funkcjonalność tej metody dla badania systemów fotowoltaicznych. Obliczenia numeryczne obwodów i przekształtników energii mogą być prowadzone z dużą dokładnością w układach FPGA nawet przy wykorzystaniu niewielkiej ilości zasobów układu scalonego [4]. Istnieje również wiele koncepcji symulacji charakterystyk paneli fotowoltaicznych. W pozycjach [2], [4], [5] zaprezentowano modele paneli fotowoltaicznych, implementowane w FPGA dla metody HIL. W artykule przedstawiono sprzętową realizację symulatora HIL, zrealizowanego z wykorzystaniem układu FPGA odpowiednio skonfigurowanego z przetwornikami D/A. Układ umożliwia emulację numeryczną struktur rozbudowanych systemów PV, efektywne debugowanie oraz sterowanie rzeczywistym przekształtnikiem. Działanie symulatora sprzętowego zostało zweryfikowane poprzez badania laboratoryjne sytemu energoelektronicznego o takich samych parametrach. Wymagania dla symulatora czasu rzeczywistego systemów fotowoltaicznych Układ do symulacji w czasie rzeczywistym systemów energoelektronicznych powinien spełniać następujące wymagania: - bardzo duża szybkość obliczeń (równoległe przetwarzanie sygnałów), - duże zasoby sprzętowe umożliwiające zapisanie złożonych modeli matematycznych oraz symulacji dużych systemów w czasie rzeczywistym, - możliwość podglądu i wizualizacji wyników obliczeń. Wszystkie wymienione cechy posiadają programowalne matryce FPGA. Tworzenia modeli w języku opisu sprzętu (HDL) pozwala na realizację obliczeń matematycznych z częstotliwością rzędu megahertzów. Duża gęstość i wysoka integracja elementów logicznych współczesnych układów FPGA umożliwia implementowanie nawet bardzo rozbudowanych systemów. Wyniki obliczeń można obserwować na ekranie komputera (wykorzystanie dedykowanego środowiska projektowania dla układów FPGA) lub za pośrednictwem oscyloskopu (konieczność wyposażenia karty symulatora w przetworniki D/A). PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4b/2012 175

Praktyczna realizacja symulatora sprzętowego Karta symulatora sprzętowego (rys. 2), zaprojektowana przez autorów, została zrealizowana z wykorzystaniem układu FPGA Cyclone III o pojemności 25k elementów logicznych (największy z układów dostępnych w obudowie QFP). Połączenie ze światem zewnętrznym zapewnia interfejs JTAG (możliwość debugowania z wykorzystaniem dedykowanego narzędzia SignalTap II Logic Analyzer oraz programowania układu lub zewnętrznej pamięci FLASH) oraz cyfrowe złącze 40-pinowe (w standardzie złącz rodziny zestawów ewaluacyjnych DE-0, DE-2). Za pośrednictwem tego interfejsu można dołączyć inną kartę FPGA lub DSP, interfejs komunikacji z użytkownikiem, analizator logiczny itd. Zastosowanie na karcie symulatora, 4 równoległych, szybkich (40 MSPS), 10 bitowych przetworników D/A umożliwia obserwację za pomocą oscyloskopu dowolnie wybranych przez użytkownika zmiennych. Dodatkowo, karta została wyposażona w zewnętrzną pamięć szeregową typu FLASH (EPC16), umożliwiającą autonomiczny tryb pracy symulatora (po odpowiednim ustawieniu zworek na karcie, nie ma potrzeby podłączania komputera PC, gdyż po zasileniu karty kod wynikowy jest automatycznie ładowany z pamięci FLASH do pamięci układu FPGA). Karta symulatora sprzętowego może być zasilana ze współpracującego z nią urządzenia (za pośrednictwem 40- pinowego złączą krawędziowego) lub pracować autonomicznie z zewnętrznym zasilaczem +5 VDC. Rys. 2 Zdjęcie karty symulatora sprzętowego Koncepcja wykorzystania symulatora sprzętowego do modelowania układów energoelektronicznych wraz systemem sterowania i zabezpieczeń Symulator sprzętowy jest bardzo przydatnym narzędziem, umożliwiającym szybkie prototypowanie i testowania systemów energoelektronicznych w warunkach bardzo zbliżonych do rzeczywistych. Zaletą tej metody jest możliwość bardzo dokładnej weryfikacji pracy urządzenia bez ryzyka jego awarii (możliwość podglądu dowolnych sygnałów za pomocą oscyloskopu lub w komputerze PC). Napisane i zweryfikowane przez użytkownika algorytmy sterowania dla przekształtników można po dokonaniu niewielkich modyfikacji bardzo szybko przenieść do cyfrowego sterownika FPGA sterującego obiektem rzeczywistym. Na Rys. 3 przedstawiono koncepcję wykorzystania układu FPGA do modelowania przykładowego systemu energoelektronicznego. Rys. 3 Schemat koncepcyjny wykorzystania karty symulatora sprzętowego do modelowania systemów energoelektronicznych W proponowanym rozwiązaniu, dostęp do wszystkich elementów modelowanego systemu (podgląd zmiennych, zadawanie parametrów pracy) można uzyskać na dwa sposoby: za pośrednictwem łącza w standardzie JTAG (zarządzanego przez dedykowane oprogramowanie Quartus, wyposażone w narzędzie SignalTap II Logic Analyzer, umożliwiające kontrolę parametrów oraz wizualizację wszystkich zmiennych sygnałowych na ekranie komputera) lub magistralę równoległą wyprowadzoną na 40-pinowe złącze krawędziowe karty symulatora sprzętowego. Połączenie za pośrednictwem złącza krawędziowego umożliwia dwukierunkową wymianę danych za pośrednictwem 21 bitowej magistrali (12 bitów danych, 7 bitów adresu, 2 bity sterujące) oraz przesyłanie sygnałów sterujących PWM z zewnętrznej karty sterującej współpracującej z symulatorem (maksymalnie 14 portów). Dodatkowo, cztery wybrane przez użytkownika sygnały cyfrowe są, w czasie rzeczywistym, przetwarzane na sygnały analogowe (w zakresie +/-5V) i dostępne dla pomiarów oscyloskopowych. Proces prototypowania i weryfikacji systemów energoelektronicznych z wykorzystaniem symulatora sprzętowego przedstawiono na rys. 4. Można go podzielić na następujące etapy: ETAP I (karta symulatora sprzętowego): budowa i weryfikacja modeli poszczególnych podzespołów (moduły fotowoltaiczne, przekształtniki energii, system elektroenergetyczny), utworzenie sytemu sterowania dla przekształtników energoelektronicznych, testy współpracy układu sterownia z modelem sytemu (zmiana parametrów pracy, badania stanów awaryjnych itd.), korekta układu sterowania i zabezpieczeń, weryfikacja nastaw regulatorów na podstawie wyników badań symulacyjnych, ETAP II (sterownik układu rzeczywistego, karta symulatora sprzętowego) oprogramowanie i przetestowanie sterownika, który będzie zastosowany docelowo w układzie rzeczywistym. Na tym etapie w karcie symulatora sprzętowego zaimplementowane są tylko modele obiektów natomiast wszystkie układy sterowania są realizowane w karcie sterującej. W ten sposób można w warunkach bardzo zbliżonych do rzeczywistych zweryfikować pracę całego systemu bądź jego poszczególnych komponentów. Dzięki zastosowaniu pamięci flash na karcie symulatora możliwe jest praca autonomiczna układu (bez konieczności znajomości specjalistycznego oprogramowania narzędziowego dla układów FPGA). W związku z tym model systemu 176 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4b/2012

energoelektronicznego, zaimplementowany zgodnie ze specyfikacją dostarczoną przez użytkownika, na karcie symulatora może być połączony z kartą sterującą wykonaną w praktycznie dowolnej technologii: cyfrowej (procesor DSP, układ FPGA) lub analogowej (potrzebna dodatkowa karta z zestawem przetworników C/A, A/C oraz zestawem we/wy sterujących). ETAP III (sterownik, karty pomiarowe, karty I/O, obiekt rzeczywisty) kartę symulatora sprzętowego zastępuje się kartą pomiarową (przetworniki A/C) oraz kartami I/O (wyjścia PWM, obsługa we/wy binarnych itd.), co umożliwia sterowanie obiektem rzeczywistym. Przykład wykorzystania symulatora sprzętowego do zaprojektowania i uruchomienia jednofazowego systemu fotowoltaicznego W ramach prowadzonych przez autorów prac badawczych, opisywane rozwiązanie symulatora sprzętowego, zostało wykorzystane w trakcie projektowania, budowy oraz uruchamiania jednofazowego systemu fotowoltaicznego współpracującego z siecią niskiego napięcia (230V, 50Hz). W skład systemu wchodziły następujące elementy: ogniwa fotowoltaiczne, przekształtnik DC-DC typu Boost, falownik napięcia oraz transformator separujący. W charakterze cyfrowego sterownika dla rzeczywistych przekształtników energoelektronicznych wykorzystano kartę DE-2 (z układem FPGA Cyclone II), wyposażoną w dwa standaryzowane 40-pinowe złącza krawędziowe. Do obsługi obiektu rzeczywistego wykorzystano zaprojektowane przez autorów kartę pomiarową z 10 przetwornikami A/C (12bit, 1MHz) oraz kartę I/O (izolowane porty we/wy, wyjścia sterujące PWM). W dalszej części artykułu zaprezentowano uzyskane wyniki badań symulacyjnych i testów układu rzeczywistego. Badania symulacyjne Hardware-in-the-Loop Realizacja modelu czasu rzeczywistego systemu energoelektronicznego w strukturze FPGA wymaga w pierwszej kolejności zaproponowania modelu matematycznego (w postaci równań różnicowych), a następnie jego implementację. To zagadnienie zostało szczegółowo opisane w wielu publikacjach [4] - [7], [9], [10], [28]. W [28] przedstawione zostało porównanie dokładności tak zrealizowanego modelu z modelem wzorcowym zrealizowanym w pakiecie Matlab-Simulink oraz z rzeczywistym układem przekształtnika energoelektronicznego. W celach badawczych zamodelowany w strukturze FPGA został system fotowoltaiczny dołączony do sieci elektroenergetycznej. System składał się z baterii paneli fotowoltaicznych (wykorzystano modele modułów KC200GT), przekształtnika DC-DC typu Boost oraz jednofazowego falownika napięcia (mostek typu H) dołączonego do sieci elektroenergetycznej. Szczegółowe parametry systemu przedstawionego na rys. 5, są następujące: PV = 8x200 W (połączenie szeregowe), C dc = 6 mf, C pv = 120 F, L f = 2,9 mh, dławik przekształtnika DC-DC: L b = 461 H, R Lb = 400 m. Dodatkowo w modelu wprowadzona została rezystancja pasożytnicza filtru sieciowego L f o wartości R Lf = 100 m. Rys. 5 Schemat blokowy modelowanego systemu fotowoltaicznego W celu zapewnienia maksymalnego wykorzystania potencjału energetycznego baterii ogniw PV wykorzystany został algorytm śledzenia punktu maksymalnej mocy bazujący na metodzie P&O (ang. Perturb and Observe). Szerzej został opisany w [6], [26], [27]. Rys. 4 Etapy prototypowania i uruchamiania systemów energoelektronicznych z wykorzystaniem symulatora sprzętowego Na rys. 6 przedstawiono przebiegi w stanie ustalonym uzyskane z modelu czasu rzeczywistego systemu fotowoltaicznego (Rys.5) zaimplementowanego w układzie FPGA symulatora sprzętowego (Rys. 2). Wyniki zostały uzyskane dzięki wykorzystaniu narzędzia SignalTap II Logic Analyzer, które oferuje bardzo rozbudowane możliwości debugowania systemu (m.in. zaawansowane tryby wyzwalania). PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4b/2012 177

Rys. 6 Wyniki z modelu FPGA SignalTap II Logic Analyzer Wizualizacja przebiegów przy wykorzystaniu oscyloskopu (Rys. 7 - Rys. 10) daje dużą elastyczność w prezentowaniu wyników (przykładowo obserwacja małej składowej zmiennej obecnej w napięciu u dc ). Na rys. 8 i rys. 9 przedstawiono wyniki badań algorytmu MPPT w stanach dynamicznej zmiany wartości natężenia promieniowania słonecznego G. W celach porównawczych przedstawiono również maksymalną teoretyczną moc osiąganą dla danej wartości natężenia promieniowania. Na rys. 10 przedstawiono wynik badania algorytmu MPPT w stanie ustalonym. W przebiegu mocy ogniwa PV widoczna jest składowa 200Hz wyraźnie świadcząca o wykorzystywaniu maksymalnej dostępnej mocy ogniwa fotowoltaicznego [25]. Rys. 10 Wyniki z modelu FPGA, stan ustalony. Warunki pracy: G 1 =1000 W/m 2. Przebiegi: CH1 u s (500 V/dz), CH2 u pv (składowa zmienna, 2 V/dz), CH3 i pv (składowa zmienna, 200 ma/dz), CH4 P pv (składowa zmienna, 250 mw/dz). Włączona funkcja uśredniania 128 próbek Rys. 7 Wyniki z modelu FPGA, stan ustalony. Warunki pracy: G=1000 W/m 2. Przebiegi: CH1 u INV (500 V/dz), CH2 u s (200 V/dz), CH3 i s (20 A/dz), CH4 u dc (składowa zmienna, 10 V/dz) Rys. 8 Wyniki z modelu FPGA, stan przejściowy po skokowej zmianie G z 1000 W/m 2 na 600 W/m 2. Przebiegi: CH1 P pv MPP (400 W/dz), CH2 P pv (400 W/dz), CH3 u pv (100 V/dz), CH4 i pv (2 A/dz) Rys. 9 Wyniki z modelu FPGA, stan przejściowy po skokowej zmianie G 2 z 600 W/m 2 na 1000 W/m 2. Przebiegi: CH1 P pv MPP (400 W/dz), CH2 P pv (400 W/dz), CH3 u pv (100 V/dz), CH4 i pv (2 A/dz) Weryfikacja eksperymentalna metody Hardware-in-the- Loop W celu weryfikacji poprawności działania symulatora sprzętowego oraz implementacji w jego układzie FPGA modelu czasu rzeczywistego systemu fotowoltaicznego, zbudowano i uruchomiono laboratoryjny system przekształtnikowy. W niniejszym rozdziale przedstawione zostały wyniki porównawcze, uzyskane z modelu przekształtnika energoelektronicznego DC-DC typu boost oraz rzeczywistego układu, stanowiącego fragment całego systemu PV (Rys. 5). Porównanie dotyczyło przypadku pracy przekształtnika DC-DC z obciążeniem rezystancyjnym. Parametry elementów modelu oraz algorytmu sterowania zostały ustawione na takim samym poziomie, jak wartości komponentów rzeczywistego przekształtnika: maksymalny prąd wyjściowy układu DC-DC równy 40 [A], nominalne stabilizowane napięcie DC u dc ref = 400 [V], częstotliwość przełączeń tranzystora IGBT (IRGP4063 z diodą rozładowczą DSEP30-12A) f sw_boost = 32 [khz], indukcyjności dławika L b = 517 [µh], rezystancja szeregowa R Lb = 40 [m ], pojemność kondensatora wyjściowego C d = 48,3 [uf], zastępcza rezystancja szeregowa R Cd = 50 [m ]. W celu zapewnienia jednakowych warunków początkowych pracy układu modelowego i rzeczywistego, zamiast modułów PV, których parametry prądowo-napięciowe silnie zależą od chwilowych wartości nasłonecznienia i temperatury, przyjęto stałonapięciowe źródła o napięciu u C PV = 200 [V], zasilające oba przekształtniki. Ponadto algorytmy sterujące układami zostały zsynchronizowane i ujednolicone równoczesny start; jednakowa, kaskadowa struktura regulatorów typu PI prądu i napięcia; taktowanie poszczególnych procesów obliczeniowych przez te same sygnały zegarowe. W celu jak najlepszego porównania pracy modelu oraz układu rzeczywistego sygnały pomiarowe z obu systemów, zostały zestawione wspólnie na tych samych oscylogramach. Wartości zmiennych sygnałowych były wizualizowane na oscyloskopie za pomocą przetworników 178 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4b/2012

C\A, w które wyposażona została karta symulatora sprzętowego (Rys. 2). Na Rys. 11 przedstawiono przebiegi w stanie ustalonym prądów (i Lb, i Lb model ) płynących przez dławiki (L b, L b model ) oraz składowych przemiennych występujących w wyjściowych napięciach (u dc, u dcmodel ), kontrolowanych przez przekształtniki DC-DC typu boost. (i Db model ) przekształtnika DC-DC podwyższającego napięcie oraz prąd jego tranzystora (i Sb model ). Rys. 13 Stan ustalony pracy przekształtnika DC-DC typu boost: CH1 i Lb (układ rzeczywisty), CH2 i Lb model (model FPGA, 5 [A/div]), CH3 i Db model (model FPGA, 5 [A/div]), CH4 i S model (model FPGA, 5 [A/div]) Rys. 11 Stan ustalony pracy przekształtnika DC-DC typu boost: CH1 i Lb (układ rzeczywisty), CH2 u DC (układ rzeczywisty, składowa AC), CH3 i Lb_model (model FPGA, 1 [A/div]), CH4 u DC_model (model FPGA, składowa AC, 1 [V/div]) Rys. 12 prezentuje dynamiczne przebiegi sygnałów pomiarowych prądów i napięć modelu czasu rzeczywistego oraz układu laboratoryjnego podczas tzw. soft-startu przekształtników DC-DC. Referencyjne napięcie wyjściowe, zadawane przez układy sterujące zmieniało się od wartości 200 [V] do 400 [V] z rampą równą ok. 12.5 [V/ms]. Podsumowanie i wnioski W artykule przedstawiono koncepcje realizacji oraz wyniki wykorzystania symulatora sprzętowego FPGA (HIL) do modelowania i weryfikacji w czasie rzeczywistym pracy systemów fotowoltaicznych. Opisane zostało praktyczne rozwiązanie karty symulatora z układem FPGA Cyclone III firmy Altera, interfejsami komunikacyjnym oraz 4 szybkimi przetwornikami D/A. Zaprezentowano wyniki badań modelowania przykładowego systemu fotowoltaicznego (jednofazowy systemy fotowoltaiczny współpracujący z siecią n.n.). Wyniki badań eksperymentalnych, uzyskane na obiekcie rzeczywistym (którego model został zaimplementowany w FPGA) potwierdzają wiarygodność wyników symulacji. Oznacza to, że symulatory sprzętowe są rozwiązaniem pozwalającym na przyspieszenie procesu prototypowania (możliwość przetestowania różnych topologii i algorytmów sterowania w warunkach bardzo zbliżonych do rzeczywistych) przy jednoczesnym obniżeniu kosztów uruchamiania i eksploatacji (możliwość bezpiecznego przetestowania pracy w ekstremalnych warunkach). Ponad to, ogromną zaletą tego rozwiązania jest możliwość bardzo szybkiego przeniesienia napisanych w symulatorze HIL algorytmów do rzeczywistego systemu. Praca naukowa finansowana ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego jako projekt badawczy Nr N N510389535. Rys. 12 Przebiegi soft-startu przekształtnika DC-DC typu boost: CH1 i Lb (układ rzeczywisty), CH2 i Lb_model (model FPGA, 5 [A/div]), CH3 u Cd (układ rzeczywisty), CH4 u Cd_model (model FPGA, 100 [V/div]) Niewątpliwą zaletą symulatora sprzętowego wyposażonego w układ FPGA oraz 4 przetworniki C\A, jest możliwość podglądu przebiegów dowolnie wybranych modelowanych (wyliczanych w czasie rzeczywistym) zmiennych sygnałowych. Ma to szczególne znaczenie dla jednoczesnego pomiaru trudno-mierzalnych przebiegów prądowych lub napięciowych, ze względu na np. zakłócenia EM, trudny dostęp przy dużym stopniu integracji systemu przekształtnikowego, wysoką częstotliwość sygnału, konieczność stosowania oscyloskopu z separowanymi kanałami. Przykładem takich sygnałów pomiarowych przedstawionych na Rys.13, jest prąd diody wyjściowej LITERATURA [1] Cirstea M., Power electronic Systems VHDL Modelling and FPGA Controller Prototyping, Przeglad Elektrotechniczny (Electrical Review), 81 (2005), nr 4, 16-20. [2] E. Koutroulis, K. Kalaitzakis and V. Tzitzilonis, Development of an FPGA-based System for Real-Time Simulation of Photovoltaic Modules, Seventeenth IEEE International Workshop on Rapid System Prototyping (RSP'06). [3] A. Parera Ruiz, M. Cirstea, W. Koczara, R. Teodorescu, Novel Integrated Renewable Energy System Modelling Approach, Allowing Fast FPGA Controller Prototyping, 11th International Conference Optimization of Electrical and Electronic Equipment, OPTIM 2008, May 2008, pp. 395 400. [4] Stala R., Testing of the grid-connected photovoltaic systems using FPGA-based real-time model, 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, Poznan Poland, 1 3 Sept., 2008. [5] Piróg S., Stala R. and Stawiarski Ł., Power electronic converter for photovoltaic systems with the use of FPGA-based real-time modeling of single phase grid-connected systems, Bulletin of PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4b/2012 179

the Polish Academy of Sciences: Tech. 57(4) 2009, pp. 345-354. [6] Stala R. and Stawiarski Ł., Modele czasu rzeczywistego ogniw fotowoltaicznych zrealizowane w układach FPGA, Przeglad Elektrotechniczny (Electrical Review), 86 (2010), nr 2, 358-363. [7] Stala R. and Szarek M., Oszacowanie strat energii w systemie fotowoltaicznym na podstawie symulacji czasu rzeczywistego w układzie FPGA, Przeglad Elektrotechniczny (Electrical Review), 86 (2010), nr 2, 364-369. [8] R. Ruelland, G. Gateau, T.A. Meynard, J.M. Hapiot, Design of FPGA-Based Emulator for Series Multicell Converters Using Co-Simulation Tools, IEEE Trans. On Power. Electron., 18 (2003), n. 1, 455-463. [9] Stala R., Analiza sterowania przekształtnika wielokomórkowego ac/ac na podstawie modelu zrealizowanego w układzie FPGA, Przeglad Elektrotechniczny (Electrical Review), 83 (2007), nr 10, 28-36. [10] Piróg S., Baszyński M., Modelling a single phase multicell DC/AC inverter using FPGA, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 84 (2008), nr 2, 84 87. [11] C. Dufour, S. Abourida, J. Belanger, Real-Time Simulation of Permanent Magnet Motor Drive on FPGA Chip for High- Bandwidth Controller Tests and Validation, IEEE ISIE 2006, July 9-12, 2006, Montreal, Quebec, Canada. [12] M. O. Faruque, and V. Dinavahi, Hardware-in-the-Loop Simulation of Power Electronic Systems Using Adaptive Discretization, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1146-1158. [13] D. Westermann, and M. Kratz, A Real-Time Development Platform for the Next Generation of Power System Control Functions, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1159-1166. [14] S. Huang and K. Kiong Tan, Hardware-in-the-Loop Simulation for the Development of an Experimental Linear Drive, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1167-1174. [15] A.-L. Allegre, A. Bouscayrol, J.-N. Verhille, P. Delarue, E. Chattot, S. El-Fassi, Reduced-Scale-Power Hardware-in-the- Loop Simulation of an Innovative Subway, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1175-1185. [16] L. Gauchia, J. Sanz, A Per-Unit Hardware-in-the-Loop Simulation of a Fuel Cell/Battery Hybrid Energy System, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1186 1194. [17] L. Gauchia, J. Sanz, A Per-Unit Hardware-in-the-Loop Simulation of a Fuel Cell/Battery Hybrid Energy System, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1195 1207. [18] S. Grubic, B. Amlang, W. Schumacher, A. Wenzel, A High- Performance Electronic Hardware-in-the-Loop Drive CLoad Simulation Using a Linear Inverter (LinVerter), IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1208 1216. [19] Y. Srinivasa Rao, M. C. Chandorkar, Real-Time Electrical Load Emulator Using Optimal Feedback Control Technique, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp.1217 1225. [20] S. Karimi, P. Poure, S. Saadate, An HIL-Based Reconfigurable Platform for Design, Implementation, and Verification of Electrical System Digital Controllers, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1226 1236. [21] F. R. Palomo Pinto, A. P. Vega-Leal, "A Test of HIL COTS Technology for Fuel Cell Systems Emulation", IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1237 1244. [22] A. J. Roscoe, A. Mackay, G. M. Burt, J. R. McDonald, Architecture of a Network-in-the-Loop Environment for Characterizing AC Power-System Behavior, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1245 1253. [23] M. Steurer, C. S. Edrington, M. Sloderbeck, W. Ren, J. Langston, A Megawatt-Scale Power Hardware-in-the-Loop Simulation Setup for Motor Drives, IEEE Trans. On Ind. Electron., Vol. 57, NO. 4, April 2010, pp. 1254-1260. [24] A. Javadi, G. Olivier, F. Sirois,A real-time power Hardware-in-the- Loop implementation of an active filter, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 2011, no 11a. [25] R. Stala, K. Koska, L. Stawiarski: Realization of Modified Ripple-Based MPPT in a Single-Phase Single-Stage Grid- Connected Photovoltaic System, International Symposium on Industrial Electronics IEEE ISIE 2011, 27-30 June 2011, Gdansk, Poland. [26] Trishan Esram, Student Member, IEEE, and Patrick L. Chapman, Senior Member, IEEE, Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques, IEEE Trans. On Energy Conservation, vol. 22, NO.2, June 2007 [27] M.C. Cavalcanti, K.C. Oliveira, G.M. Azevedo, D. Moreira, F.A.Neves: Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Systems, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 2006-2, p. 49. [28] Penczek A., Stala R., Mondzik A., Stawiarski Ł.,Szarek M., Hardware-in-the-Loop FPGA-based Simulations of Switch-mode Converters for Research and Educational Purposes, Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 87 NR 11/2011 Autorzy: dr inż. Adam Penczek, Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, E-mail: penczek@agh.edu.pl; dr hab. inż. Robert Stala, Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, E-mail: stala@agh.edu.pl; mgr inż. Łukasz Stawiarski, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Al.Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, E-mail: stawiars@agh.edu.pl mgr inż. Miłosz Szarek, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych Al.Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, E-mail: milosz.szarek@agh.edu.pl dr. inż. Andrzej Mondzik, Akademia Górniczo-Hutnicza, Katedra Automatyki Napędu i Urządzeń Przemysłowych, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, E-mail: mondzik@agh.edu.pl; 180 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY (Electrical Review), ISSN 0033-2097, R. 88 NR 4b/2012