新型锁相技术在光伏并网系统中的应用

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1、★第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★一一一—————————————————_————————————————_—————————————————————一新型锁相技术在光伏并网系统中的应用周方圆1。龚芬1，胡前1，彭振江2(1．株洲交流技术国家工程研究中心有限公司湖南株洲4120012．长沙理工大学电气与信患工程学院，湖南长沙410077)【摘要】为了满足光伏并网系统输出电流锁相快速、稳定和高精度的要求，本文提出了一种新型基于TMS320F2812的软件锁相算法和硬件电路结构。该算法是对周期

2、寄存器值进行PI调节的同时也对调制正弦表的指针变量进行比例调节，提高了锁相快速性和稳定性。在自制的样机上验证了本文所用算法的实用性，能较好地满足光伏并网和单位功率因数的要求。【关键词】光伏并网；TMS320F2812；闭环控制；软件锁相O．引言’光伏发电是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式，随着全球能源问题的日益凸显，光伏并网发电的优势越来越明显。光伏并网逆变器是光伏并网发电的核心部分，其主要功能是将太阳能光伏电池发出的直流电转换为交流电。对电网的跟踪控制是整个逆变系统控制的核心，直接关系到系统的输出电能质量和运

3、行效率。为了使并网电流与电网电压同频同相，实现单位功率输出，必须使用锁相环，而为了解决因电网电压波动等不确定的因素导致的瞬态过冲电流、环流等问题，必须提高锁相环的稳定性、精度和反应速度Il-3】。基于DSP2812芯片的软件锁相方法一般有3种，即指针归零法、先调频后滑相法、调频调相同时进行法。其中调频调相同时进行法是使用范围较广的一种方法[41。传统的调频调相同时进行法是对周期寄存器值TIPR进行调节，达到频率和相位同时调节的目的【5‘71。这种方法容易实现并且精度高，但是存在着锁相速度不快而且抗干扰能力不强的缺点

4、。本文提出了一种基于TMS320F2812型DSP的同时调频调相锁相方法，有效的解决了以上问题，并在实验样机上验证了该方法的有效性。1．新型软件锁相的原理光伏并网系统原理图如图1所示，系统由DC／AC逆变环节，LC滤波器，隔离变压器，采样检测电路，TMS320F2812型DSP以及隔离驱动电路组成蹲州。DC／AC逆变环节将光伏电池输出的直流电转换为交流电；LC滤波器能够滤除逆变输出的高次谐波；工频变压器T使电网电压和发电系统相互隔离；采样检测电路将检测到的电压电流幅值、频率和相位信号整定后输入到DSP的CAP、AD

5、引脚；TMS320F2812型DSP作为控制核心对采样的信号进行处理，其输出的SPWM信号通过控翩IGBT通断来调节逆变器输出电压电流[IO-111；隔离电路将弱电部分和强电部分电气隔离，驱动电路用来驱动IGBT。上述结构组成了一个闭环控制系统(锁相环)[12-141，通过对该闭环系统进行合理的设置就可使得逆变器并网电流实现对电网电压相位频率的跟踪，即完成锁相功能Il5。。★第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★DSPTMS320F2812的两个事件管理器EVA、EVB最多能够产生8对互补的SPW

6、M波，每一对SPWM波驱动一个IGBT桥臂，控制IGBT通断，从而实现直流电—交流电的转换p6-17】。为了解决光伏并网逆变锁相技术存在的反应速度不够，稳定性不足等问题，本文提出了一种同时调频调相的锁相算法，该算法在传统的调频调相同时进行法的基础上进行了改进，使得该方法具有较好的快速性与稳定性。图1光伏并网系统原理圈1．1．快速性分析设电网电压为u，则u=Ulsin(∞lt+巾l(t”，并网电流i-I。sin(cOot+札(Ⅲ，则u与i的相量卧181如图2所示。当电网电压超前并网电流时，必须增大coo，加快相量j¨

7、的旋转速度，反之，则必须减小COo，锁相的目的是使相量j与相量u完全重合，可见能通过改变周期寄存器值TIPR来调节并网电流的频率，达到锁相的目的，这也是很多文献中提出的软件锁相方法。+1图2电嘲电压和并罔电流相■圈为了提高锁相速度，除了改变相量的旋转速度外还可以直接对△9进行调节，即在对周期寄存器值T1PR进行PI调节的同时对调制正弦表的指针变量S伽m进行比例调节。如图2所示，Io为调节S296★第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛论文集★：———————————————————————————————

8、————————————————一值后的并网电流，可见每一次锁相调节都会使相位差增加一个缩小角度却(t)，设比例调节系数为Kp2，一个周期采样次数为n，对调制正弦表的指针变量Snum加1后并网电流相位变化角度为九，则：幽姗=Xp2A口,(1)九=—36—0n(2)由(1)和(2)可得：舭)=蚴=詈=l【p2畔(3)由(3)式可见能够通过合理设置Kp2的大小来