一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，该电路包括取样传感器，压控电压源滤波电路，比较输出电路，限幅电路。该方法包括：启动CAP中断；检测电网电压和输出电流的相位差；判断相位差是否超过限制值；判断相位差是否小于允许值；对正弦表的指针变量进行比例控制；对周期寄存器值进行PI控制。本发明有益效果如下：新的硬件电路设计有效的增强了系统的抗干扰能力；新的锁相软件设计提高了锁相快速性；算法处理核心部件选用TMS320LF2812DSP，提高了逆变系统控制精度。本发明对于光伏并网系统安全稳定运行具有十分重要的意义。
【专利说明】一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统，具体的说，涉及电力系统中的光伏并网系统相位检测电路 及锁相方法。
【背景技术】
[0002] 光伏并网发电是将光伏发电系统直接与电网相连，省掉了体积庞大、价格昂贵、不 容易维护的蓄电池。而并网逆变器作为光伏并网发电系统的关键设备之一，其性能对提高 光伏发电效率，降低成本具有重要的意义。对电网的跟踪控制是整个逆变系统控制的核心， 直接关系到系统的输出电能质量和运行效率。为了使并网电流与电网电压同频同相，实现 单位功率输出，必须使用锁相环，目前大多数采用的是软件锁相环技术，软件锁相环技术的 实现首先要对电网电压和并网电流进行检测，然后运用算法控制并网电流跟踪电网电压。 但是，由于现有的相位检测电路稳定性不高，抗干扰能力不强，同时软件锁相算法锁相速度 不够高，算法复杂且不易实现，对于光伏并网逆变器的安全稳定运行产生很大影响。基于上 述现有技术的缺陷，本发明人设计出一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，该 技术在现有技术基础上进行改进，具有锁相速度快，稳定性好，抗干扰能力强的优点，能更 好地满足光伏并网和单位功率因数的要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于为克服现有锁相技术的不足而提供一种新型光伏并网系统相 位检测电路及锁相方法，这种方法在锁相快速性和抗干扰能力上有很大的改进，能够很好 的满足光伏并网发电的要求。
[0004] 本发明的技术特征如下：
[0005] 1、一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其相位检测电路包括：
[0006] 取样传感器，用于对电网电压和并网电流相位信号进行取样。
[0007] 压控电压源滤波电路，与所述的取样传感器连接，用于滤除电网中和发电系统中 的毛刺干扰。
[0008] 比较输出电路，与所述的压控电压源滤波电路连接，用于给出所述电网电压和并 网电流信号的零相位时的上升沿和180度时相位的下降沿。
[0009] 限幅电路，与所述的比较输出电路连接，用于将从比较输出电路输出的方波信号 整定为单极性信号。
[0010] 2、所述取样传感器采用霍尔传感器，其一次侧和电网侧或逆变器输出侧相连。
[0011] 3、所述压控电压源滤波电路包括：第一电阻R1，第二电阻R2,第一电容C1，第二电 容C2,第一运算放大器，其中所述第一电阻R1与所述霍尔传感器二次侧相连，所述第一电 容C1、第一电阻R1和第二电阻R2组成星型连接，第一电容C1另一端连接在第一运算放大 器的输出端，所述第二电容C2与第二电阻R2连接，以及连接在第一运算放大器的同相输入 端，第一运算放大器的反相输入端和输出端连接。
[0012] 4、所述比较输出电路包括第三电阻R3和第二运算放大器，其中第三电阻与压控 电压源滤波电路的输出端连接，以及连接所述第二运算放大器的同相输入端，第二运算放 大器的反相输入端接地。
[0013] 5、所述限幅电路包括第一稳压管D1，第二稳压管D2,第三电容C3,所述第二稳压 管D2与所述第三电容C3并联后连接第一稳压管D1的输出端以及第一稳压管D1的阳极， 第一稳压管D1的阴极接高电平，阳极接TMS320LF2812的CAP引脚。
[0014] 6、一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其锁相软件程序包括下列步 骤：
[0015] (1) TMS320LF2812的CAP引脚接收到方波信号上升沿后启动CAP中断；
[0016] (2)检测电网电压和输出电流的相位差；
[0017] (3)判断相位差是否超过限制值，如果超过则对相位差变量Λ φ进行限幅；
[0018] (4)如果相位差未超过限制值，则判断相位差是否小于允许值；
[0019] (5)如果相位差小于允许值，则退出中断，锁相完成；
[0020] (6)对正弦表的指针变量Snum进行比例控制；
[0021] (7)对周期寄存器值T1PR进行增量式PI控制；
[0022] (8)退出中断。
[0023] 本发明有益效果如下：新的硬件电路设计有效的增强了系统的抗干扰能力和精确 度；对周期寄存器值进行PI调节的同时对调制正弦表的指针变量进行比例调节，提高了锁 相快速性；算法处理核心部件选用TMS320LF2812型DSP，该芯片具有高速信号处理结构特 点，可以快速、准确、方便地实现复杂的控制方法，提高了逆变系统的稳定性和控制精度，对 于光伏并网系统安全稳定运行具有十分重要的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是一种新型光伏并网系统相位检测电路；
[0025] 标号说明：1_取样传感器，2-压控电压源滤波电路，3-比较输出电路，4-限幅电 路。
[0026] 图2是本发明一种新型光伏并网系统锁相方法流程图；
[0027] 图3是本发明一种新型光伏并网系统相位检测电路连接框图。
【具体实施方式】
[0028] 以下将结合图和具体实施过程对本发明作进一步详细说明：
[0029] 图1是本发明一种新型光伏并网系统相位检测电路，包括取样传感器1、压控电压 源滤波电路2、比较输出电路3和限幅电路4。如图1中所示，取样传感器1，用于对电网电压 和并网电流相位信号进行取样；压控电压源滤波电路2,与所述的取样传感器连接，用于滤 除电网中和发电系统中的毛刺干扰；比较输出电路3,与所述的压控电压源滤波电路连接， 用于给出所述电网电压和并网电流信号的零相位时的上升沿和180度时相位的下降沿；限 幅电路4,与所述的比较输出电路连接，用于将从比较输出电路输出的方波信号整定为单极 性信号。
[0030] 又如图1中所示，所述取样传感器采用霍尔传感器，其一次侧和电网侧或逆变器 输出侧相连。用于将大电压或大电流变换为微小信号，在本例中电网电压过零检测电路中 选用HNV025A型霍尔传感器，并网电流过零检测电路中选用HNC50LA型霍尔传感器。
[0031] 又如图1中所示，所述压控电压源滤波电路包括：第一电阻R1，第二电阻R2,第一 电容C1，第二电容C2,第一运算放大器，其中所述第一电阻R1与所述霍尔传感器二次侧相 连，所述第一电容C1、第一电阻R1和第二电阻R2组成星型连接，第一电容C1另一端连接在 第一运算放大器的输出端，所述第二电容C2与第二电阻R2连接，以及连接在第一运算放 大器的同相输入端，第一运算放大器的反相输入端和输出端连接。
[0032] 通过对第一电阻R1，第二电阻R2,第一电容C1，第二电容C2进行参数设定，可以较 好的清除滤除电网中和发电系统中的毛刺干扰，从而得到良好的正弦信号。即R1与霍尔传 感器二次侧相连，Cl、R1和R2组成星型连接，C1另一端连接在第一运算放大器的6脚，C2 与R2共同连接第一运算放大器的3脚，第一运算放大器的2脚和6脚相连。在本例中所述 第一运算放大器采用低噪声高精度运算放大器0P07CN。
[0033] 又如图1中所示，所述比较输出电路包括第三电阻R3和第二运算放大器，其中第 三电阻与压控电压源滤波电路的1脚连接，以及连接所述第二运算放大器的12脚，第二运 算放大器的13脚接地。在本例中所述第二运算放大器采用LM324N。
[0034] 又如图1中所示，所述限幅电路包括第一稳压管D1，第二稳压管D2,第三电容C3， 所述第二稳压管D2与所述第三电容C3并联后连接第一稳压管D1的输出端以及第一稳压 管D1的阳极，第一稳压管D1的阴极接高电平3. 3V，阳极接TMS320LF2812的CAP引脚。
[0035] 图1所示的一种新型光伏并网系统的相位检测电路工作原理如下所示：通过霍 尔传感器将高电压高电流信号转换成小电压电流信号，将此信号输入到压控电压源滤波电 路，压控电压源滤波电路由第一电阻R1，第二电阻R2,第一电容C1，第二电容C2和第一运算 放大器构成，用于滤除电网中和发电系统中的毛刺干扰。第三电阻R3和第二运算放大器构 成比较输出电路，用于给出所述电网电压和并网电流信号的零相位时的上升沿和180度时 相位的下降沿。第一稳压管D1，第二稳压管D2,第三电容C3构成限幅电路，限制方波信号 的幅值在0-3. 3V之间。
[0036] 图2是本发明一种新型光伏并网系统锁相方法流程图。如图2所示，CAP中断开 始后计算相位差，此时会出现下列三种情况，（1)相位差超出限定值，由于这种情况会使得 正弦表的指针Snum值过大，导致系统出现振荡，影响锁相环的稳定性，因此可以对相位差 先进行限幅处理，之后再进行P控制来调节调制正弦表的指针Snum ; (2)相位差大于允许 值且小于限定值，这种情况下则进行双重控制，即先进行P控制来调节调制正弦表的指针 Snum，然后进行PI控制来调节EVA定时器T1的周期寄存器T1PR的值；（3)相位差小于允 许值，此时相位差在允许的范围内，也是软件锁相需要达到的目的，经过多次调节T1PR和 Snum的值，最终使Δ φ处于这个范围内，最后中断返回。
[0037] 图3是本发明一种新型光伏并网系统相位检测电路连接框图。如图3所示， 电网电压相位检测电路与TMS320LF2812的CAP1引脚连接，并网电流相位检测电路与 TMS320LF2812的CAP2引脚连接，TMS320LF2812作为锁相算法核心，处理锁相程序，输出 SPWM波并控制开关管IGBT。
[0038] 本发明的工作过程：
[0039] 电网电压信号和并网电流信号经霍尔传感器采样后，通过滤波电路滤除电网中和 发电系统中的毛刺干扰信号，然后比较输出电路给出电网电压和并网电流信号的零相位时 的上升沿和180度时相位的下降沿，最后限幅电路将从比较输出电路输出的方波信号整定 为单极性信号，然后送往TMS320LF2812的CAP引脚，触发CAP中断，启动如下锁相程序：1 动CAP中断；2检测电网电压和输出电流的相位差；3判断相位差是否超过限制值，如果超 过则对相位差变量△ Φ进行限幅；4如果相位差未超过限制值，则判断相位差是否小于允 许值；5如果相位差小于允许值，则退出中断，锁相完成；6对正弦表的指针变量Snum进行 比例控制；7对周期寄存器值T1PR进行增量式PI控制；8退出中断。
[0040] 本发明的特定方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说， 在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其特征在于，其相位检测电路包 括： 取样传感器，用于对电网电压和并网电流相位信号进行取样； 压控电压源滤波电路，与所述的取样传感器连接，用于滤除电网中和发电系统中的毛 刺干扰； 比较输出电路，与所述的压控电压源滤波电路连接，用于给出所述电网电压和并网电 流信号的零相位时的上升沿和180度时相位的下降沿； 限幅电路，与所述的比较输出电路连接，用于将从比较输出电路输出的方波信号整定 为单极性信号。
2. 根据权利要求1所述的一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其特征在 于，所述取样传感器采用霍尔传感器，其一次侧和电网侧或逆变器输出侧相连。
3. 根据权利要求1所述的一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其特征在 于，所述压控电压源滤波电路包括：第一电阻R1，第二电阻R2,第一电容C1，第二电容C2,第 一运算放大器，其中所述第一电阻R1与所述霍尔传感器二次侧相连，所述第一电容C1、第 一电阻R1和第二电阻R2组成星型连接，第一电容C1另一端连接在第一运算放大器的输出 端，所述第二电容C2与第二电阻R2连接，以及连接在第一运算放大器的同相输入端，第一 运算放大器的反相输入端和输出端连接。
4. 根据权利要求1所述的一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其特征在 于，所述比较输出电路包括第三电阻R3和第二运算放大器，其中第三电阻与压控电压源滤 波电路的输出端连接，以及连接所述第二运算放大器的同相输入端，第二运算放大器的反 相输入端接地。
5. 根据权利要求1所述的一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其特征在 于，所述限幅电路包括第一稳压管D1，第二稳压管D2,第三电容C3,所述第二稳压管D2与所 述第三电容C3并联后连接第一稳压管D1的输出端以及第一稳压管D1的阳极，第一稳压管 D1的阴极接高电平，阳极接TMS320LF2812的CAP引脚。
6. 根据权利要求1所述的一种新型光伏并网系统相位检测电路及锁相方法，其特征在 于，其锁相软件程序包括下列步骤： TMS320LF2812的CAP引脚接收到方波信号上升沿后启动CAP中断； 检测电网电压和输出电流的相位差； 判断相位差是否超过限制值，如果超过则对相位差变量△ Φ进行限幅； 如果相位差未超过限制值，则判断相位差是否小于允许值； 如果相位差小于允许值，则退出中断，锁相完成； 对正弦表的指针变量Snum进行比例控制； 对周期寄存器值T1PR进行增量式PI控制； 退出中断。
【文档编号】H02J3/38GK104122445SQ201310148175
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月25日 优先权日:2013年4月25日
【发明者】夏向阳, 彭振江, 徐刚, 周臻, 彭潇琪, 蒋诗谣 申请人:长沙理工大学