一种单相光伏并网逆变器软件锁相环的设计与实现

针对单相并网逆变器，基于传统的三相锁相环的闭环结构，文章提出了一种软件锁相环的实现方法。首先分析了锁相环的基本原理，推导了数学模型，在此基础上给出了该锁相环的软件设计方法。利用PSIM软件对电网电压幅值、频率和相位发生变化以及含高次谐波的影响做了仿真，结果表明该软件锁相环能有效、快速实现电网周期内任意时刻的锁相，不需等待电网过零点时刻的检测信号来锁相。分别采用TI公司的DSP TMS320F28035和TMS320F2808编程实现文中所提出软件锁相环的算法，并分别应用于500 W双通道单相光伏并网微逆变器和5 kW单相光伏并网逆变器中，结果表明所提出的软件锁相环能很好地实现电网电压相位的跟踪和频率的锁定，验证了所提出锁相环实现方法的正确性。

随着新能源技术的发展，光伏并网逆变器进入了一个快速增长的阶段，对于并网电流的进网电流品质、相关标准都给出了严格的规定和限制。其中，并网逆变器的进网电流频率和相位必须与电网同步， 这是满足并网标准的关键技术。然而，要保证进网电流能够精确、快速跟踪电网电压的相位和频率，锁相环(PLL, Phase Locked Loop)必不可少[1] [2] [3] [4] [5]。

软件锁相较传统的硬件锁相，锁相速度快且不用搭建硬件电路[6]，可为并网逆变器节省成本。目前采用较多的PLL 技术一般采用过零检测锁相法，虽然结构简单容易实现，但其动态性能不好，且对过零点电压要求比较高[7]，因此也限制了PLL 的速度。文献[8]提到同时调频调相、多周期调节锁相方法，但这些方法只在电网电压过零点时，利用数字信号处理器(DSP, Digital Signal Processor)对电网过零点进行捕获，从而进行相位校正，不具有实时控制效果，另外占用了DSP 中的3 个定时器和2 个捕获单元。文中提出一种单相并网逆变器软件PLL 控制方法，在电网电压相位、频率和幅值发生变化时可有效、快速实现周期内任意时刻的锁相，而不需等待检测电网过零点，可有效实现并网电流与电网频率相位同步， 程序代码简单，可移植性高。文中的方法通过PSIM 软件仿真并运用在500 W 双通道单相并网微逆变器和5 kW 单相并网逆变器中，得到预期效果。

2. 软件PLL 原理 2.1. PLL 原理 文中借鉴三相PLL 的闭环结构，提出单相软件锁相环架构，是通过构建两个虚拟的αβ 正交信号来