光伏并网系统中数字三相锁相环的研究

【摘要】：随着全球经济的发展，能源短缺和生态失衡的环境问题日益凸显，因此许多国家将视线转移到可再生能源如风能、太阳能方面。利用太阳能光伏并网发电技术则成为我国的解决矛盾的主要手段之一。光伏并网发电系统的优点在于无需储能并且能源利用率高。在光伏并网系统中，需要对电网电压的相位和频率进行实时检测以控制并网逆变器，从而使输出的电流与电网电压相位和频率保持同步。相位能否快速精确跟踪是并网的关键技术，也是一个难点问题。 针对以上问题本文对锁相环的工作原理和基本构成进行了深入分析包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器的原理和数学模型，并对锁相环的工作状态和主要参数进行了阐述，同时分析了三相数字锁相环中的坐标变换原理。 根据以上原理对三相数字锁相环做出了设计并详细的描述了各个模块，在加减电路中有三分频、四分频、五分频触发器，如果检测到超前或滞后脉冲，四分频器便会等效的加减脉冲来使相位前移或后移来实现相位的同步。通过控制分频器波形输出完成相位调节，避免使用模拟电路，实现了电路的全数字化设计，提高了系统抗干扰的能力，动态特性比较好。该方案采用坐标转换算法，避免了过零比较时噪声对电路精度的影响，使用二维RAM查找表，避免了复杂的数据计算，结构更利于全硬件实现，可使用FPGA完全实现，提高了电路效率，减少硬件资源使用情况。在Matlab/Simulink环境下对系统进行了仿真并给出实验结果，其结果表明该方法大大缩短了调整相位差所需时间，并明显提高了系统精度，进而验证了所提方法的有效性。 【关键词】：光伏并网 数字锁相环 分频 查表 Simulink仿真
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-19
• 1.1 太阳能光伏并网发电系统概述10-14
• 1.1.1 太阳能光伏发电的研究目的和意义10-11
• 1.1.2 国内外光伏并网发展现状11-12
• 1.1.3 逆变常用控制策略12-14
• 1.2 锁相环的发展背景及国内外发展现状14-16
• 1.3 研究意义16-17
• 1.4 本文主要工作17-19
• 第2章 锁相环原理19-34
• 2.1 锁相环原理19-25
• 2.1.1 锁相环概述19
• 2.1.2 锁相环的基本原理19
• 2.1.3 鉴相器19-22
• 2.1.4 环路滤波器22
• 2.1.5 压控振荡器22-23
• 2.1.6 锁相环的数学模型23-25
• 2.2 锁相环的分类25-26
• 2.3 锁相环的特性26-27
• 2.4 锁相环的工作状态和主要参数27-29
• 2.4.1 锁相环的工作状态27-28
• 2.4.2 锁相环的主要参数28-29
• 2.5 三相锁相环的数学原理29-34
• 2.5.1 clark 变换与 park 变换29-31
• 2.5.2 两个变换在三相锁相环中的物理意义31-34
• 第3章 数字三相锁相环的设计34-41
• 3.1 数字三相锁相环系统模块34-35
• 3.2 各模块的设计35-41
• 3.2.1 鉴相器模块35-37
• 3.2.2 加减电路37-39
• 3.2.3 N 分频模块39
• 3.2.4 循环计数器39-40
• 3.2.5 查表模块40-41
• 第4章 系统仿真41-50
• 4.1 仿真软件 matlab 简介41-43
• 4.1.1 matlab 特点41-42
• 4.1.2 Matlab simulink 简介42-43
• 4.2 总电路的仿真43-46
• 4.2.1 加减电路45
• 4.2.2 18 进制循环计数器45-46
• 4.2.3 分频器46
• 4.3 仿真结果及分析46-50
• 4.3.1 锁相时间46-48
• 4.3.2 相位调整精度48-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 总结50
• 5.2 展望50-52
• 参考文献52-54
• 致谢54-55
• 攻读硕士学位期间发表论文情况55

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