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分享:基于CPLD的光伏逆變器鎖相及保護電路設計

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世紀電源網-SUN
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LV6
高級工程師
  • 2019-8-26 09:55:52
       在光伏并網系統的逆變器電路中,對電網電壓的鎖相是一項關鍵技術。由于電力系統在工作時會產生較大的電磁干擾,因此,其簡單的鎖相方法很容易受到干擾而失鎖,從而導致系統無法正常運行。在這種情況下,設計采用對電網電壓進行過零檢測后再將信號送人CPLD,然后由CPLD實現對電網電壓進行數字鎖相的方法,可以有效地防止相位因干擾而發生抖動或者失鎖的現象,保證系統的正常運行。另外,本系統還使用CPLD對DSP產生的PWM波控制信號和系統運行時的各項參數進行監控,一旦發現異常,立即使系統停機,并通知DSP發生異常,從而實現了對系統的硬件保護。
1 系統整體結構組成
       本文所介紹的設計方法是5 kW光伏并網發電系統中逆變器的一部分,該光伏并網逆變器可實現額定功率為5 kW的太陽能電池陣列的最大功率跟蹤與并網輸出。其逆變器的系統結構圖如圖1所示。


       本控制系統由TI DSP2812作為主控芯片,Xilinx CPLD XC9572XL用作數字鎖相與保護電路,XC9572XL為3.3 V內核電壓的CPLD,它由4個54V18功能模塊組成,可提供1600個5 ns延遲可用門。
2 數字鎖相電路的設計與實現
       數字鎖相電路的系統結構圖如圖2所示。該電路由數字鑒相器、數字濾波器和數控振蕩器組成。


       如果把圖2所示的數字鎖相電路中的數字濾波器看成一個分頻器,則其分頻比為Mfc/K,此時的輸出頻率為:f'=K'△φMfc/K   
       其中,△φ為輸入信號V1與輸出信號V2的相位差;fc為環路的中心頻率。那么,該數控振蕩器的輸出頻率為:f2=f1+K'△φMfc(kN)
       由于鎖定的極限范圍為K'△φ=±1,所以,可得到環路的捕捉帶:△fmax=f2max-f1=Mfc(kN)
       這樣,當環路鎖定時,f2=f1其系統穩態相位誤差為:△φ(∞)=NK(f2-f1)/(k'Mfc)
       可見,只要合理選擇K值,就能使輸出信號V2的相位較好地跟蹤輸入V1的相位,從而達到鎖定之目的。如果K值選的太大,環路捕捉帶就會變小,這將導致捕捉時間增大;而如果K直太小,則可能會出現頻繁進位,借位脈沖。從而使相位出現抖動。
       根據圖2給出的數字鎖相環的原理框圖,可用VHDL語言分別對該系統進行設計。其中數字濾波器由K模計數器組成,數控振蕩器包括脈沖加,減控制電路和N分頻器等。
       數字鑒相器通??蛇x用邊沿控制型鑒相器、異或門鑒相器、同或門鑒相器或JK觸發器組成的鑒相器等。本數字鑒相器是一個相位比較裝置,主要通過比較輸入信號V1(相位φ1)與輸出信號V2(相位φ2)的相位來產生一個誤差信號Vd,其相位差為△φ=φ1-φ2。當△φ=φe(輸入信號脈寬的一半)時,其鑒相器輸出為方波,屬于相位鎖定階段。在這種情況下,只要可逆計數器的K值足夠大,其輸出端就不會產生進位脈沖或借位脈沖。在環路未鎖定時,若△φ<φe,其輸出脈沖的占空比小于50%;而當△φ>φe,其占空比大于50%,該輸出電壓Vd將加到K??赡嬗嫈灯鞯腢PDN輸入端。

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尼古拉斯_JT
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高級工程師
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