三相并网逆变器的软件锁相环研究.pdf

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1、第28卷第4期湖北工业大学学报2013年O8月VO1．28NO．4JournalofHubeiUniversityofTechnologyAug．2013[文章编号]1003—4684(2013)O4一O016-04三相并网逆变器的软件锁相环研究潘健，王艳姗，陈融，王文光。(1湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉430068；2云南电投新能源开发有限公司，云南昆明650051；3湖北化肥厂，湖北宜昌443200)[摘要]针对传统的软件锁相环在电压畸变和三相电压不平衡的情况下存在的锁相精度不高和动态响应慢的问题，利用坐标变换方法，在传统的

2、软件锁相环基础上，添加了2陷波器环节，成功实现了正、负序分量的分离，从理论分析和仿真两方面证实了该方法能够精确的锁定电压相位，且具有较好的动态响应特性，并提出了基于FPGA的实现方案．[关键词]并网逆变器；软件锁相环；2陷波器；仿真实验[中图分类号]TM464[文献标识码]：A并网逆变器作为能量传输的通道，是新能源发电、光伏发电和分布式发电系统等的重要组成部分，1三相并网逆变器其性能的好坏会对电力系统中的电能质量产生很大的影响．当电网出现频率波动等问题时，要使并网过三相并网逆变器系统要求输出的正弦电流、电程中并网电流严格跟踪电网电压的频率和

3、相位，必压与电网电压同步，且不含直流分量，总谐波畸变率须保证锁相环及时做出反应，保证相位不变，减小对要小l4I．锁相环能对电压相位进行跟踪与锁定，对三电网产生的冲击．锁相技术是实现高质量并网发电相并网逆变器的锁相环研究显得尤为重要．的关键技术，因此对锁相环的研究非常重要．三相并网逆变器采用的三相桥式逆变电路的拓传统锁相环的硬件过零检测法的动态性能较扑结构见图1，其中丁、T。、T。、T、T、T。分别代差，且当电网电压出现畸变或三相不平衡时，可能导表主电路部分的6个开关管，利用LC滤波器进行滤致同步信号的零点与基波零点不一致，或出现多个波，滤波

4、器输出并网电流为。、Ij．信号过零点的情况，从而导致锁相失败口]．文献[2]在传统软件锁相环的基础上，添加了一个低通滤波器(LPF)，使得在电压畸变的情况下，锁相环仍然具有高精度，但没有考虑三相电压不平衡的情况．文献[3]利用T／4(T为三相电压周期)延时算法实现了正、负序分量的分离，解决了三相电压不平衡条件下锁相精度不高的问题，但计算相对比较复杂．图1三相并网逆变器拓扑结构本文综合考虑三相电压畸变和三相电压不平衡两种情况，对传统软件锁相方法进行了改进．在传统2三相软件锁相环的基本原理软件锁相环基础上添加了2陷波器环节，其主要作用是滤掉与基

5、波非常接近的2倍频负序分量．通2．1锁相环的基本原理过理论分析说明此种方法的优点，并模拟三相电压锁相环其实质是对系统的相位误差进行控制，不平衡和电压畸变的情况，运用Matlab进行仿真．从而准确锁定系统的相位，基本的锁相环主要由鉴同时设计了一种基于FPGA的软件锁相环实现方相器、环路滤波器、压控振荡器和分频器四部分组案，以便通过实验平台进行验证．[收稿日期]2013—04—22[作者简介]潘~(1962)，男，上海人，湖北工业大学副教授，研究方向为控制理论与控制工程第28卷第4期潘健，等三相并网逆变器的软件锁相环研究17成．其结构见图2．c

6、os(mt+)c。s(皇一)lUl—U+cOs(++)图2锁相环结构图cos(wt+)鉴相器的输出信号既包含直流部分也包含交流Uc0S(+警)部分．相位信息包含于直流部分中，谐波、各种干扰均为交流部分，交流部分经环路滤波器被滤除，直流cos(￡+一警)部分作用于压控振荡器，并通过反馈形成闭环控制．其中【，、【，、U。啪分别为正、负和零序基波分量的2．2传统软件锁相环电压峰值，、、分别为正、负、零序基波分传统的软件锁相环在电压不存在畸变，且三相量的初相位．将U、U、U经过坐标变换得到下平衡的条件下，能达到很好地效果，其原理见图3．但式，从中可

7、以看出零序分量经过变换后为零，对锁相当三相电压不平衡或存在畸变时，很难保证锁相的结果无影响．精度和动态性能．T㈣]+To~-．bcR(-O)n式中T胡一。k为两相坐标与三相坐标变换的矩阵，R()、R(一)分别为正序、负序旋转坐标变换矩图3过零鉴相锁相环原理图一f．10]+丁一一三相软件锁相环的输出为0OU，m当锁相成功时，口l_1／2l，一一l一1／2一√3／zl轴正序分量【，量应为0，d轴O正序O分O量U为额定，S，S●、，S●、R一['cos0一sinO]值．因此可将参考值0与U相f减f得∞到十∞误差信号，再一IlSI．ncCosU1l

8、’将其送入PI调节器进行调节+，得+到误+差信号∞，0mOmOm再将cU与理论角频率相加、，得、，到时、间角频率，经R0)一一『I．∞m]1．]●●●一过积分环节，得到输出相位，