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微电网逆变器锁相环的设计及实现

作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2013-01-16 14:01:30  [去论坛]  [去网店]

    内容摘要: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。

    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。

     

微电网逆变器锁相环的设计及实现 智能电网

     

    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。

     

微电网逆变器锁相环的设计及实现 智能电网

     

     

微电网逆变器锁相环的设计及实现 智能电网

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