微电网逆变器锁相环的设计及实现

作者：时间：2012-10-31来源：网络收藏

摘要：微电网由分布式电源、储能装置及本地负载构成，既可并网运行也可孤岛运行。实现2种运行模态的平滑过渡和切换是其关键技术之一，其中锁相环起到很重要的作用。微网主从控制结构中，主逆变器在并网运行时与电网电压同步，孤岛运行时为从逆变器产生电压参考。本文给出一种提取电网电压正序分量的锁相环模型，可确保微网运行模式的平滑转化，减少切换时的暂态影响，增强了系统的稳定性。最终，基于TMS320F28335搭建一台原理样机，实验结果表明文中给出的锁相环模型的有效性和可行性。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/200886.htm

关键词：微网，逆变器，锁相环，正序分量，运行模式切换智能电网

1.引言

微电网是将分布式电源、储能单元、负荷以及监控、保护装置结合在一起，形成一个对公共电网来说单一可控的单元，同时也向用户提供能量。微网主要有并网和孤岛两种运行模式。在微网的主从控制结构中，并网运行时，主逆变器需要锁定电网相位，实现与公共电网的精确同步;孤岛运行时，主逆变器需要为微网建压，从而为从逆变器提供电压和频率参考。为避免动态切换时产生过大的环流，切换过程必须平稳连续[1]。

锁相环需要给微网系统提供相位信息，从而产生电流基准，所以其对微网模式的切换起到关键的作用。目前用于微网的锁相环存在很多不足，文献[2]将三相电压经过Clark变换得到其α,β分量，进而得到其相角值，这种方法对输入电压谐波的抑制作用弱。文献[3]对基于Park变换的锁相环进行分析，其可以通过调节锁相环的带宽，来获得较强的谐波抑制能力;但当三相电压不平衡时，锁相角输出存在不可消除的2次谐波，从而降低并网电能质量和系统稳定性。此外，上述锁相方法主要用于微网的并网阶段，无法实现微网不同模式的平滑切换。本文给出一种可提取电网电压正序分量的锁相方法[4]，一方面解决了三相电压不平衡的问题;另一方面在孤岛模式下可自振荡产生固定频率的信号，并且可以在不同工作模式间进行平滑的动态切换[5]。

本文首先介绍微网逆变器锁相环的工作原理;其次，对文中给出的锁相环性能进行分析，介绍孤岛下锁相环自振荡原理，并给出相应的数字实现方法;最终，基于F28335搭建实验平台进行实验验证。

2.微网逆变器锁相环工作原理

2.1微网逆变器系统结构

微网逆变器结构如图1所示，包括主逆变器拓扑、控制电路、锁相环及公共电网等部分。

逆变器与公共电网之间通过静态开关S相连。微网不同的工作模式，对应的控制方式不同：并网模式采取单电流环控制，静态开关S闭合、控制开关DF断开，此时锁相环跟踪电网相位，并产生电流基准;孤岛模式采取电压外环电流内环的双环控制策略，静态开关S打开、控制开关DF闭合，此时逆变器与电网断开连接，锁相环内部自振荡，产生幅值和频率可控的电压信号，为系统提供电压和频率支撑。

2.2锁相环性能分析

锁相环结构如图2所示。