基于數(shù)字移相器的逆變器系統(tǒng)相位跟蹤控制
摘要:針對(duì)光伏分布式電源并網(wǎng)系統(tǒng)中的相位跟蹤控制問題,分析了數(shù)字鎖相環(huán)控制技術(shù)存在的缺點(diǎn),提出一種基于數(shù)字移相器的相位跟蹤控制方法。實(shí)驗(yàn)利用MSP430產(chǎn)生SPWM信號(hào)合成正弦波模擬光伏逆變電源系統(tǒng)。采用基于數(shù)字移相器思想的開環(huán)控制方式,實(shí)現(xiàn)了無(wú)誤差頻率跟蹤,高精度的相位跟蹤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法控制速度快、精度高。
關(guān)鍵詞:光伏逆變電源;相位跟蹤;數(shù)字鎖相環(huán);開環(huán)控制;數(shù)字移相器
由于能源危機(jī)的不斷惡化,新型能源,如太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能等,越來(lái)越受到廣泛的重視,并取得重大發(fā)展。這些新型能源絕大部分都要通過(guò)發(fā)電的方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,然后并入電網(wǎng),供人類生產(chǎn)生活使用。由于新能源發(fā)電的電力不穩(wěn)定,需要通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/逆變器">逆變器的輸出交流電流必須與電網(wǎng)電壓同頻同相才能并入電網(wǎng)使用。同頻同相的控制效果對(duì)新型能源發(fā)電的效率與質(zhì)量具有重大影響。因此,同頻同相的控制方法研究已經(jīng)成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的研究方向。
目前,在逆變電源并網(wǎng)系統(tǒng)中的相位跟蹤控制主要采用數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù),但控制速度慢,需要DSP、FPGA等高速器件作為控制器,而且具有成本高、控制復(fù)雜等缺點(diǎn)。本文針對(duì)數(shù)字鎖相環(huán)的缺點(diǎn),提出一種基于數(shù)字移相器的相位跟蹤開環(huán)控制方法。在實(shí)驗(yàn)中采用MSP430F2544作為控制器模擬逆變系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了同頻同相跟蹤控制。該控制方法簡(jiǎn)單高效,系統(tǒng)穩(wěn)定,具有無(wú)誤差頻率跟蹤、高精度相位跟蹤的特點(diǎn)。
1 數(shù)字鎖相環(huán)控制原理
數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)在對(duì)電網(wǎng)電壓的頻率和相位的跟蹤控制中應(yīng)用較為廣泛,其作用是使電網(wǎng)電壓和逆變器的輸出電流達(dá)到同步鎖相,關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓頻率和相位的跟蹤。數(shù)字鎖相技術(shù)的主要方法有:先調(diào)頻后調(diào)相和同時(shí)調(diào)頻調(diào)相。
數(shù)字鎖相環(huán)原理:假設(shè)控制器檢測(cè)到逆變器輸出與電網(wǎng)電壓相位差為△ψ,T1為電網(wǎng)電壓周期,T2為逆變器輸出電流周期。令電網(wǎng)電壓表達(dá)式為Umsin(w1t),逆變器輸出電流為Imsin(w2t+△ψ)。若要使兩者同頻同相,須使w1t=w2t+△ψ由于w=T/2π,則可推出T2=2πT1/(2πt-△ψ)。當(dāng)△ψ=0且T1=T2時(shí)即達(dá)到要求。若△ψ為正,則需增大逆變器輸出電流周期T2。若△ψ為負(fù),則需減小逆變器輸出電壓周期T2。當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí),△ψ=0且逆變器輸出與電網(wǎng)電壓周期相等。數(shù)字鎖相控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
數(shù)字鎖相環(huán)控制實(shí)際上是一種閉環(huán)負(fù)反饋控制方式。負(fù)反饋控制方式具有能實(shí)時(shí)跟蹤環(huán)境變化的優(yōu)點(diǎn),但控制速度慢,而且當(dāng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)存在極點(diǎn)時(shí),系統(tǒng)易產(chǎn)生振蕩。實(shí)際上當(dāng)電網(wǎng)環(huán)境變化時(shí),只要逆變器輸出電流的頻率仍處于后級(jí)濾波器的通帶內(nèi),輸出電流的相位延遲就不會(huì)改變,此時(shí)電網(wǎng)電壓與逆變器的輸出電流相位差與其頻率有固定關(guān)系R:P=R(f)。因此只要濾波器帶寬足夠大,逆變器對(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)就有較強(qiáng)的免疫性。此時(shí)就可以采用開環(huán)控制方式。
評(píng)論