基于DSP的光伏并网发电系统数字锁相技术

　　0 引言

　　在光伏并网发电系统中，需要实时检测电网电压的相位和频率以控制并网逆变器，使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。同步锁相是光伏并网系统一项关键的技术，其控制精确度直接影响到系统的并网运行件能。倘若锁相环电路不可靠，在逆变器与电网并网工作切换过群中会产生逆变器与电网之间的环流，对没备造成冲击，这样会缩短设备使用寿命，严重时还会造成设备的损坏。

　　TI公司生产的高速数字信号处理器TMS320C2000系列，不仅体积小、功耗小、可靠性高，而且内部集成了12路PWM发生器、6路CAPTURE单元电路等外设电路，非常适合于PWM信号的控制及锁相环的数宁实现。本文采用了一种基于DSP芯片TMS320C2407A实现光伏并网系统数字锁相的与法，并给出了实验结果。

　　1 锁相的原理

　　锁相环是一个闭环的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位。利用锁相环技术可以产生同步于输入信号的整数倍频或分数倍频的输出控制信号。锁相环的基本结构是由签相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VC0)和倍频器(MF)等组成，如图l所示。

　　倍频器实现对输出信号Uo进行整数或分数倍频。鉴相器是用来比较输入信号Ui与倍频器输出的锁相信号Ub之间的相位差，并把该相位差转化为电压信号Ue。环路滤波器通常具有低通特性，作用是滤除电压信号Ue中高频分量与其它噪声信号，产生稳定的电压控制信号Ue。压控振荡器的振荡频率受电压控制信号Ue的控制，完成电压-频率的变换作用，从而实现锁相。特殊情况，当倍顿器的倍频数为1时，即Ub=Uo，这时实际上实现了输出信号Uo与输入信号Ui之间的直接锁相。

　　一般来说，锁相可分为模拟锁相和数字锁相两种。衡量锁相性能的三个技术指标是锁相范围、锁相速度和稳定性。传统的模拟锁相电路复杂，器件参数需要调整，存在温度漂移，精度不高。而采用数字锁相方法，可有效消除模拟方法的缺点，同时具有控制灵活，装置升级方便，可在线修改与调试，可靠性高，维护便利等优点，是PLL技术发展的趋势。

　　2 数字锁相的设计与实现

　　本文数字锁相的设计方案是：首先运用2路CAPTURE单元分别捕获计算电网电压和逆变器输出电流的频率和相位，根据计算结果调节相应SPWM载波频率和初始相位，从而实现光伏逆变系统输出电流对电网电压的频率及相位的跟踪。

　　2.1 同步信号的检测与捕获

　　同步信号的检测分为电网电压与逆变输出电流的检测。电网电压频率和相位的检测如图2所示。