基于matlab的三相并网逆变器锁相方法

[摘 要] 软件锁相环相较于采用过零检测的硬件锁相环，具有灵活、易实现等特性。本文通过matlab仿真，验证了通过d-q变换算法来实现3相并网逆变器与电网锁相的有效性。

[关键词]三相并网逆变器 锁相环 d-q变换 matlab

中图分类号：TV674 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0339-01

引言

太阳能作为一种便捷和新型的可再生能源在最近几年得到了广泛的应用。相对于其它能源而言，太阳能具有储量大、清洁环保、易于利用等优点。基于这些特点，它已逐渐成为了理想的替代能源。光伏电池并网逆变器是太阳能发电系统中不可或缺的重要组成部分，其性能的好坏，直接决定了光伏系统的可靠性和稳定性。要将太阳能电池板所产生的直流电转化为与电网同频同相的正弦交流电，就必须保证逆变器在输出前，跟上电网的相位。本文通过理论分析和matlab仿真，来验证软件锁相的可行性。

1 锁相环技术

锁相环（Phase Locked Loop，PLL）是一种利用反馈控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将输出的时钟与电网的参考时钟保持同步。目前，获取电网电压相角的一般途径就是利用锁相环来获得的。

目前通用的锁相环技术分为硬件锁相和软件锁相。

硬件锁相一般指的是采用过零检测的方式来确定电网的初始相位，该方法精度不高，且当锁相不准的时候，会对电网注入大量谐波，对硬件电路的依赖性特别大。

软件锁相指的通过软件的算法，来进行电网相位的判断，其抗扰性高，且一旦锁相成功后，对电网相位的跟踪性能非常好，而且实现起来简单可靠。

2 三相软件锁相环的设计

假设三相电网电压为：

由式2-3可知，当电网电压经过d-q变换成以同步坐标系为参考的d、q两相电压后，当同步参考坐标轴的旋转角度与系统电压基波正序分量相同时，在三相电压均为基波正序电压条件下，d轴的电压分量将为电网电压峰值，而q轴电压分量为0，因此，若要与电网锁相成功，则要。

同样由式2-3可知，锁相成功前，q轴分量与锁相误差角同符号，因此，可通过将q轴电压分量控制到0以消除锁相误差角来实现锁相的目的。

设计锁相环的控制框图如图1所示：

其控制对象可看成是一个积分环节，因此采用PI调节器就可实现该锁相环。

3 三相锁相环的matlab仿真

根据控制框图，用matlab新建仿真模型如图2所示：

仿真结果可得到wt如图3所示：

由图3可看出，对于平衡的三相电网电压，PLL输出能够很好的跟踪电网电压频率和相位。

4 结论

采用PI控制的软件锁相环，能满足并网逆变器在输出前，对电网频率和相位的跟踪。本文分析了通过d-q变换，对电网电压进行相关处理后，通过简单的PI控制算法，来完成对电网的软件锁相。最后利用matlab搭建仿真模型，仿真结果表明通过该方法来完成逆变器对电网的软件锁相是可行的。

参考文献

[1] 王照峰，王仕成，苏得伦.锁相环电路的基本概念及应用研究[J].电气应用，2005，24（8）：46-48.

[2] 邓成，王文海.基于DSP的UPS软件锁相技术[J].湖南工程学院学报，2006，16（3）：58-60.

[3] 王福昌，鲁昆生.锁相技术[M].武汉：华中理工大学出版社，1997.

[4] 陈世伟.锁相环路原理及应用[M].北京：兵器工业出版社，1990.

[5] 张厥盛，郑继禹，万心平.锁相环技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，1994.