一種基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法
2023-12-05 16:06:06 2
專利名稱：一種基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法
技術領域：
本發明屬於光伏逆變併網發電系統技術領域，更為具體地講，涉及ー種基於捕獲單元(Capture)的電網電壓相頻跟蹤方法。
背景技術：
目前太陽能光伏發電系統已經被全世界許多國家關注，光伏逆變器作為光伏逆變併網發電系統的關鍵部分也得到了很大的發展。圖I是光伏逆變併網發電系統基本結構圖。如圖I所示，通常情況下，光伏逆變併網發電系統都是由太陽能電池板陣列、光伏逆變器組成。其中，光伏逆變器包括最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,簡稱MPPT)模塊、母線電路、逆變橋電路和控制電路四個部分，其功能是將太陽能電池板陣列輸出的直流量電能轉換成交流量電能並將電能輸送到電網。太陽能電池板陣列的功能是將太陽能轉化為電能，最大功率點跟蹤(MPPT)模塊與太陽能電池板相連，調節太陽能電池板的工作狀態，使太陽能電池板陣列工作在最大功率點上。母線電路通過最大功率點跟蹤模塊上的升壓電路與太陽能電池板陣列相連，當母線電壓升高到指定值時系統開始進行能量傳輸，將太陽能電池板轉化的電能輸送到逆變橋電路上。逆變橋電路功能是將母線電路傳送的直流電轉化為交流電。控制電路是整個光伏併網逆變發電系統穩定工作的關鍵，最大功率點跟蹤的實現、母線電壓的平衡和穩定的控制、逆變橋電路電流的跟蹤控制都要依靠控制電路進行運算和調度。光伏逆變器併網電流跟蹤控制是實現併網傳輸能量的關鍵，而獲得與電網電壓同頻同相的併網電流，並保證其波形畸變在規定範圍之內，是實現併網的核心，也是逆變器控制的重點和難點，而準確獲得電網電壓相位頻率信息是實現有效跟蹤併網電流的前提。通常獲取電網電壓相位頻率值的方法是直接利用DSP的Capture捕獲單元捕獲電網電壓過零點，以此計算得出電網電壓相位頻率，此方法簡單、方便。然而在某些條件下，電網存在波動，會產生例如過零點抖動、過零點失真、多個過零點等問題，並且硬體捕獲電路也存在誤差，這會導致Captrue捕獲單元捕獲到的電網電壓過零點出現錯誤，最終會導致併網電流波動、波形失真和諧波含量高等問題，使整個併網逆變器工作效率較低。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種基於DSP的Capture捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法，準確獲得電網電壓相頻特性，以消除併網電流波形抖動，解決波形失真和諧波含量高的問題。為實現上述發明目的，本發明基於捕獲単元的電網電壓相頻跟蹤方法，其特徵在於，包括以下步驟(I)、利用捕獲單元捕獲逆變器運行時電網電壓的過零點，並作為零相位點；此處電網電壓是指的三相電網電壓的ー相電網電壓，過零點是指的電網電壓在下降過程中為0時的時間點；(2)、相位跟蹤2. I)、利用相位指針標記電網相位值，在開始相位跟蹤的第一個電網周期的過零點處，將相位指針歸為零，並在每個控制周期對相位指針加1，相位指針加計數到達一個電網周期的控制點數後清零，然後繼續進行加計數；2. 2)、在之後的每個電網周期過零點中斷程序中，判斷相位指針在零相位點是否為零，如果是，則無需動作，否則，就將相位指針步進式拉回到零；2. 3)、將相位指針除以一個電網周期的控制點數，然後乘以360度，得到電網電壓的相位值，實現相位的跟蹤；(3)、頻率跟蹤3. I)、用一計數器在新捕獲的過零點與上一次捕獲的過零點之間計數，並存儲計數值；3. 2)、在開始頻率跟蹤時，對每次新捕獲的過零點與上一次捕獲的過零點之間計數值進行累加，累加值為Ν_，當累加了 m個計數值，即m個電網周期後，將累加值Nsum除以個數m，得到平均計數值N;3. 3)、在之後的每個電網周期結束時，即捕獲到新的過零點後，均將當前電網周期的過零點計數值與累加值Nsum進行相加，並減去當前計數值前面的第m個計數值，得到更新後的累加值Ν_，然後除以個數m，得到平均計數值N ；3. 4)、將每次得到平均計數值N的倒數乘以計數器的時鐘頻率fdk得到電網電壓的頻率fgm，實現頻率的跟蹤。本發明的目的是這樣實現的在本發明中，利用相位指針標記電網相位值，並且在開始跟蹤時的過零點歸零，在每個控制周期對相位進行加I的操作，達到一個電網周期的控制點數後清零，然後繼續進行加計數，因此，在每一個過零點，如果不為零，則將相位指針步進式拉回到零，這種步進式相位跟蹤電網過零點的方法，可以更為準確獲得電網電壓相位，有效地避免了傳統方法中， 在過零點一次性將相位歸零帶來的控制電流波形抖動。另外，電網電壓的頻率採用m個電網周期的過零點計數進行滑動平均來獲得準確的電網電壓頻率，可以更為準確獲得電網電壓頻率，有效地避免了傳統方法中，一個電網周期過零點計數值直接計數電網電壓頻率帶來的控制電流波形抖動。通過本發明基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法，消除了併網電流波形抖動，解決波形失真和諧波含量高的問題。
圖I是光伏逆變併網發電系統基本結構圖；圖2是本發明基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法中相位跟蹤的一具體實施方式
流程圖；圖3是相位指針計數值可能出現的情況及判斷示意圖；圖4是本發明基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法中頻率跟蹤的一具體實施方式
流程圖；圖5是滑動平均示意圖6是控制頻率示意圖；圖7是採用本發明相頻跟蹤方法後的a相併網電流波形。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這裡將被忽略。光伏逆變器控制頻率f_w定後，繼而也確定了一個電網周期的控制點數N_ = fcon/fgrid即電網周期TgHd除以控制周期T_。圖2是本發明基於捕獲単元的電網電壓相頻跟蹤方法中相位跟蹤的一具體實施方式
流程圖。在本實施例中，如圖2所示,過零點中斷程序即capture中斷程序中，首先判斷,是否是相位跟蹤的第一個電網周期，如果是，則將相位指針歸為零，並在隨後的每個控制周期對相位指針加1，相位指針加計數到達ー個電網周期的控制點數N_後清零，然後繼續進行加計數。如果不是相位跟蹤的第一個電網周期，相位指針不再歸零，而是判斷相位指針在零相位點是否為零。如果是，則無需動作，否則，就將相位指針步進式拉回到零相位指針已經超出了零相位值時，對相位指針減I計數；而相位指針還未到達零相位值時，對相位指針加I計數，這種步進式相位跟蹤電網過零點的方法，可以更為準確獲得電網電壓相位，有效地避免了傳統方法中，在過零點一次性將相位歸零帶來的控制電流波形抖動。在本發明中，每個電網周期下降沿過零點都會產生capture捕獲中斷，在具體實施過程中也可以採用上升沿過零點產生capture捕獲中斷。這兩種方式是等同的。由於光伏逆變器啟動時不會併網，有一段時間可供相位跟蹤。第一個Capture捕獲中斷產生時，對相位指針歸零。此後的每個Capture捕獲中斷程序中，判斷相位指針是否為零相位點，如果是，無需動作，不是，則要進一歩判斷。相位指針計數值N_t在一個電網周期時間內，可能出現還未計數到控制點數N_， 也可能出現計數已經超出了控制點數N_而後清零重新再計數。圖3是相位指針計數值可能出現的情況及判斷示意圖。在本實施例中，如圖3所示，設定ー個臨界值Nb_toy，判斷相位指針計數值N_t小於臨界值Nb_toy是否成立，如果成立，則相位指針計數值超出零相位值。反之則未到零相位值，臨界值Nb_dmy的值根據具體實施過程中的具體要求設定，一般為控制點數的1/10 1/30。理想情況下，電網穩定，電網電壓周期也為固定。但實際電網不可能絕對穩定，總是會存在波動，採樣電路也存在誤差。為減小誤差，在本發明中，採用m個電網周期的過零點計數進行滑動平均來獲得準確的電網電壓頻率，可以更為準確獲得電網電壓頻率。在本實施例中，m = 64，如圖4、5 所示，利用控制電路內部計數器，在兩個過零點之間計數，計數值為nk，k當前周期，在前63 個電網周期，累加計數值nk。在第64個電網周期吋，累加計數值nk後再除以64得到平均計數值N。之後姆個Capture捕獲中斷程序中，加上當前計數值nk後,再減去當前計數值nk前面的第m，即64個計數值nk_64，得到更新後的累加值Ν_，然後除以個數64，得到平均計數值N。將每次得到平均計數值N的倒數乘以計數器的時鐘頻率fdk得到電網電壓的頻率 fgrid，實現頻率的跟蹤。逆變器剛啟動時不併網，有足夠的時間跟蹤電網頻率。在獲得準確的電網電壓頻率值f#id後，將頻率值fgHd運用到併網逆變器控制過程中，其作用就是要使得併網逆變器輸出的電流頻率與電網頻率相同，以準確的電網電壓頻率值f#id作為併網逆變器電流控制的基準。電網電壓頻率值^㈩在併網逆變器控制中的具體實施過程併網逆變器控制頻率是由控制電路，具體實施過程中由數位訊號處理(Digital Signal Processing,簡稱DSP) 的事件管理器(EV)的周期寄存器設定值(TlPR)決定。將得到的TlPR值賦給周期寄存器， 以此改變逆變器輸出電流頻率。定時器設定為連續增減模式，即計數器遞增計數到周期寄存器設定值(TlPR)後再遞減計數到0，此為一個控制周期，時長為2T1PR，其控制關係如下N/fclk = 2XNconXTlPR/fev(I)式中felk為時鐘頻率；TlPR為周期寄存器設定值；Ncon為一個電網周期控制點數；N為平均計數值；fev為EV時鐘頻率；如圖6所示，式⑴的含義為一個電網周期時間N/felk與一個控制周期2TlPR/fev 乘以控制點數N_的時間相等。將公式進行一下變換，最終得到周期寄存器設定值TlPR = N ^ev
2^NconXfdk根據實時的電網電壓頻率fgHd，即對應的平均計數值N，改變周期寄存器設定值， 使得併網逆變器控制周期有效跟蹤電網周期。測試結果將本發明基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法跟蹤得到的電網電壓相位頻率運用到併網逆變器控制算法中，併網電流波形明顯改善。如圖7所示，5、7次諧波含量降低， THD值降低。儘管上面對本發明說明性的具體實施方式
進行了描述，以便於本技術領的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限於具體實施方式
的範圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和範圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。
權利要求
1.一種基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)、利用捕獲單元捕獲逆變器運行時電網電壓的過零點，並作為零相位點；此處電網電壓是指的三相電網電壓的ー相電網電壓，過零點是指的電網電壓在下降過程中為0時的時間點；(2)、相位跟蹤2.I)、利用相位指針標記電網相位值，在開始相位跟蹤的第一個電網周期的過零點處， 將相位指針歸為零，並在每個控制周期對相位指針加1，相位指針加計數到達ー個電網周期的控制點數後清零，然後繼續進行加計數數；2. 2)、在之後的每個電網周期過零點中斷程序中，判斷相位指針在零相位點是否為零， 如果是，則無需動作，否則，就將相位指針步進式拉回到零；2.3)、將相位指針除以一個電網周期的控制點數，然後乘以360度，得到電網電壓的相位值，實現相位的跟蹤；(3)、頻率跟蹤3.I)、用一計數器在新捕獲的過零點與上一次捕獲的過零點之間計數，並存儲計數值；3. 2)、在開始頻率跟蹤時，對每次新捕獲的過零點與上一次捕獲的過零點之間計數值進行累加，累加值為N _，當累加了 m個計數值，即m個電網周期後，將累加值為Nsuffl除以個數m，得到平均計數值N ;3. 3)、在之後的每個電網周期結束時，即捕獲到新的過零點後，均將當前電網周期的過零點計數值與累加值Nsuffl進行相加，並減去當前計數值前面的第m個計數值，得到更新後的累加值N_，然後除以個數m，得到平均計數值N ；3. 4)、將每次得到平均計數值N的倒數乘以計數器的時鐘頻率fdk得到電網電壓的頻率fgM，實現頻率的跟蹤。
2.根據權利要求I所述的捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法，其特徵在於，所述的相位指針步進式拉回到零為相位指針已經超出了零相位值時，對相位指針減I計數；而相位指針還未到達零相位值時，對相位指針加I計數。
3.根據權利要求2所述的捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法，其特徵在幹，所述的相位指針超出或未到達零相位值的判斷為設定ー個臨界值Nb_toy，判斷相位指針計數值N。—小於臨界值Nb_toy是否成立，如果成立，則相位指針計數值超出零相位值，反之則未到零相位值。
全文摘要
本發明公開了一種基於捕獲單元的電網電壓相頻跟蹤方法，利用相位指針標記電網相位值，並且在開始跟蹤時的過零點歸零，在每個控制周期對相位進行加1的操作，達到一個電網周期的控制點數後清零，然後繼續進行加計數，因此，在每一個過零點，如果不為零，則將相位指針步進式拉回到零；另外，電網電壓的頻率採用m個電網周期的過零點計數進行滑動平均來獲得準確的電網電壓頻率，可以更為準確獲得電網電壓相位，有效地避免了傳統方法中，在過零點一次性將相位歸零帶來的控制電流波形抖動。
文檔編號H02J3/38GK102611134SQ20121006536
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者楊靜, 白利兵, 程玉華, 陳凱, 顧永德, 黃建國 申請人:深圳茂碩電源科技股份有限公司, 電子科技大學