基于DSP的光伏并网发电系统软件锁相技术.pdf

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哥匿驰刮蜀懂静型基于DSP的光伏并网发电系统软件锁相技术0@电力自动化设备EqIJipm⋯茜1一，戴瑜兴2，易龙强21软件锁相环设计第30卷第2期马(1．湘潭大学信息工程学院，湖南湘潭411105；2．湖南大学电气与信息学院，湖南长沙410082)摘要：利用TMS320F2812事件管理模块EVA的2路CAP单元分别捕获经过信号调理的电网电压和并网电流对应的方波信号。根据所捕获的信号计算出电网电压与并网电流的频率和相位差．根据计算结果调节算法中的步进值和相位指针从而实现光伏逆变系统锁相控制．该算法以16位无符号整型变量为相位指针．利用该指针在调制频率下步进而周期性溢出的特点来产生同频正弦周期调制信号从而控制逆变输出。该方法提高了相位跟踪的精确性和快速性．实现了并网电流与电网电压同频同相．保证了光伏并网发电系统回馈电网的功率因数近似为l。样机测试结果表明该技术锁相精度高。锁相稳定。快速性好，易于实现。关键词：光伏；并网逆变器；软件锁相环；DSP；异步变频调制中图分类号：TM文章编号：1006—6047(2010)02—0099—04引言光伏并网发电是绿色能源的重要发展方向⋯。光伏并网运行时．要求其输出电流与电网电压同频同相f2】。锁相环【3-··堤：一个能够自动跟踪输入信号的相位闭环控制系统。在并网系统中起着关键作用。本文在文献f15]的基础上，提出了一种适应于光伏并网发电系统的异步锁相算法。相对于同步锁相算法．该算法锁相稳定，算法简单、效率高。并利用DSP实现了基于该算法的光伏并网系统的软件锁相．同时给出了实验结果。根据软件锁相环实现的原理[引．在此采用的数字锁相设计方案是：利用TMS320F2812(简称F2812)事件管理模块EVA的2路CAP单元分别捕获经过信号调理的电网电压和并网电流对应的方波信号。根据CAPl、CAP2捕获的信号．计算出电网电压与并网电流的频率和相位差。根据计算结果调节算法中的步进值和相位指针从而实现光伏逆变系统锁相控制。其捕获示意图如图l所示。F2812片内ADC模块的模拟输入电压范围为V．其引脚最大输入电压为一O．3。+4．6V。因此需要对输入的双极性信号进行调理．调整到相应的范围内，再输入到F2812的ADC模块。信号调理电路由运算放大器LM324和仪表放大器INAl28构成，图2给出了电网电压信号调理电路原理图。图中，kQ。Cl-0．1¨F。电压互感器检测到的交流信号通过LM324构成的电压跟随器和反相器输入到INAl28。在INAl28的REF引脚接+15V抬升电压．把一1．5一+1。5V的交流信号转换为0～+3V的单极性信号．经过RC无源滤波和IN5817构成的限幅电路，接入F2812的AD输入引脚ADC经计算可得电网电压峰值与ADCIN处电压峰值的对应关系见表1。按照设计要求，电网电压最大值为220(1±15％)V．故表中±358V为电网电压峰值。图3所示为电网电压过零相位检测电路．该电路由带输入保护的电压比较器和光耦构成．在电网电压过零时刻，电路输出反转．形成随电网电压变化2010年2月文献标识码：B01．1电网电压检测kQ．R2=R4=5．1V01．30No．2E1ectricFeb．201615：TN911．8图1CAP捕获示意图收稿日期：2009—08—12；修回日期：2009-10—18基金项目：建设部科学技术研究开发项目(2008一k6-22)；湖南省教育厅项目(08C872)O一3Rl=36kfl，R3=Rs=100kll，R6=R7=1pin。图2电网电压检测电路PowerAutomati。nFig．1SchematicdiagramofCAPVccFig．2Gridvoltagedeteetioncircuit
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匦两一蹲，簿IL一电流过零检测卜—l秽1网仄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．!i!．．．．．一W’：网：：：玲一麟。’酗：。翊：蟛．心!．必⋯必．：：即调制信号的正弦相位指针‰在每个采样周零点进行相位捕获，得到当前的相位指针值‰和：内网幽幽醚：幽幽⑩尸I出(尼)=2"k(Z顾)A=2“(．‘顾)——1零检测H指针fkH调制算法一逆变r_广茎塑皇鎏Y塑壅!冻电力自动化设备为电网电压波形，经过过零检测电路后，转换为同频2实验结果与分析而变化的方波，输出波形如图4所示。图4中，CHI同相的3V以内的方波信号CH2．方波上下边沿分别对应正弦波信号的2个过零点．由输出波形可知两信号相位差只有0．70。i⋯；1．2并网电流检测对于并网电流信号调理而言．需先进行电流一电压转换．其后与电压信号调理电路组成基本相同。经计算可得并网电流峰值与ADCIN处电流峰值的对应关系见表2。按照设计要求，并网电流最大值为50并网电流过零相位检测电路与电网电压过零