摘要：微電網(wǎng)由分布式電源、儲能裝置及本地負載構成，既可并網(wǎng)運行也可孤島運行。實現(xiàn)2 種運行模態(tài)的平滑過渡和切換是其關鍵技術之一，其中鎖相環(huán)起到很重要的作用。微網(wǎng)主從控制結構中，主逆變器在并網(wǎng)運行時與電網(wǎng)電壓同步，孤島運行時為從逆變器產(chǎn)生電壓參考。本文給出一種提取電網(wǎng)電壓正序分量的鎖相環(huán)模型，可確保微網(wǎng)運行模式的平滑轉(zhuǎn)化，減少切換時的暫態(tài)影響，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最終，基于TMS320F28335 搭建一臺原理樣機，實驗結果表明文中給出的鎖相環(huán)模型的有效性和可行性。
關鍵詞：微網(wǎng)，逆變器，鎖相環(huán)，正序分量，運行模式切換
1.引 言
微電網(wǎng)是將分布式電源、儲能單元、負荷以及監(jiān)控、保護裝置結合在一起，形成一個對公共電網(wǎng)來說單一可控的單元，同時也向用戶提供能量。微網(wǎng)主要有并網(wǎng)和孤島兩種運行模式。在微網(wǎng)的主從控制結構中，并網(wǎng)運行時，主逆變器需要鎖定電網(wǎng)相位，實現(xiàn)與公共電網(wǎng)的精確同步;孤島運行時，主逆變器需要為微網(wǎng)建壓，從而為從逆變器提供電壓和頻率參考。為避免動態(tài)切換時產(chǎn)生過大的環(huán)流，切換過程必須平穩(wěn)連續(xù)[1]。
鎖相環(huán)需要給微網(wǎng)系統(tǒng)提供相位信息，從而產(chǎn)生電流基準，所以其對微網(wǎng)模式的切換起到關鍵的作用。目前用于微網(wǎng)的鎖相環(huán)存在很多不足，文獻[2]將三相電壓經(jīng)過Clark 變換得到其α ,β 分量，進而得到其相角值，這種方法對輸入電壓諧波的抑制作用弱。文獻[3]對基于Park 變換的鎖相環(huán)進行分析，其可以通過調(diào)節(jié)鎖相環(huán)的帶寬，來獲得較強的諧波抑制能力;但當三相電壓不平衡時，鎖相角輸出存在不可消除的2 次諧波，從而降低并網(wǎng)電能質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。此外，上述鎖相方法主要用于微網(wǎng)的并網(wǎng)階段，無法實現(xiàn)微網(wǎng)不同模式的平滑切換。本文給出一種可提取電網(wǎng)電壓正序分量的鎖相方法[4]，一方面解決了三相電壓不平衡的問題;另一方面在孤島模式下可自振蕩產(chǎn)生固定頻率的信號，并且可以在不同工作模式間進行平滑的動態(tài)切換[5]。
本文首先介紹微網(wǎng)逆變器鎖相環(huán)的工作原理;其次，對文中給出的鎖相環(huán)性能進行分析，介紹孤島下鎖相環(huán)自振蕩原理，并給出相應的數(shù)字實現(xiàn)方法;最終，基于F28335 搭建實驗平臺進行實驗驗證。
2.微網(wǎng)逆變器鎖相環(huán)工作原理
2.1 微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)結構
微網(wǎng)逆變器結構如圖1 所示，包括主逆變器拓撲、控制電路、鎖相環(huán)及公共電網(wǎng)等部分。
2.2 鎖相環(huán)性能分析
鎖相環(huán)結構如圖2 所示。
3.2 鎖頻環(huán)(FLL)
圖4 給出了鎖頻環(huán)的結構框圖。
系統(tǒng)在孤島模式下運行時，要想鎖相環(huán)能夠自振蕩，必須給其一個初始的振蕩條件，且為了使提取的正序信號幅值與逆變器輸出電壓幅值一致，必須要跟蹤孤島模式下逆變器輸出電壓基準值，為此本文給出的鎖相環(huán)系統(tǒng)中增加一個幅值控制器，如圖5 所示。
并網(wǎng)模式下，幅值控制器不起作用;在孤島模式下，基準電壓與正序信號幅值的差值經(jīng)過比例控制器回饋給二階廣義積分器，從而構成負反饋，使得正交信號跟蹤逆變器輸出電壓幅值。
4.實驗結果及分析
為了驗證本文給出的微網(wǎng)用鎖相環(huán)的可行性與性能，基于F28335 搭建實驗平臺。實驗參數(shù)：開關器件選用SPM IGBT 模塊，輸入電壓280VDC，輸出電壓110VAC，開關頻率18kHz，濾波電感和電容分別為3mH 和10μF。圖6 所示為公共連接點(PCC)處三相電壓及鎖相角波形。
圖8 給出了并網(wǎng)和孤島模式下，鎖相角輸出波形。
從實驗結果可以看出，在動態(tài)切換過程中，鎖相角基本無波動，所以可以實現(xiàn)微網(wǎng)由并網(wǎng)到孤島模式的平滑無縫切換。
5.結 論
針對傳統(tǒng)鎖相環(huán)用于微網(wǎng)系統(tǒng)中存在諸多不足，本文給出一種適用于微網(wǎng)系統(tǒng)的鎖相環(huán)方法，對其性能和各模塊進行分析，并給出相應的數(shù)字實現(xiàn)方法;最終，基于F28335 搭建實驗平臺進行實驗驗證，并得出如下結論：
(1) 系統(tǒng)鎖頻環(huán)能夠?qū)崟r跟蹤電網(wǎng)角頻率的變化;
(2) 幅值控制器能夠使得正序分量在孤島模式下
跟蹤逆變器輸出電壓基準;
(3) 在模式切換過程中，文中給出的鎖相環(huán)動態(tài)響
應快且可以實現(xiàn)平滑無縫切換。
參考文獻
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