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1、(10)申请公布号 CN 102611134 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 1 1 3 4 A *CN102611134A* (21)申请号 201210065367.2 (22)申请日 2012.03.13 H02J 3/38(2006.01) (71)申请人电子科技大学 地址 611731 四川省成都市高新区（西区）西 源大道2006号 申请人深圳茂硕电源科技股份有限公司 (72)发明人程玉华 顾永德 黄建国 陈凯 白利兵 杨静 (74)专利代理机构成都行之专利代理事务所 (普通合伙) 51220 代理人温利平 (54) 发明名称 一种基于捕获单。
2、元的电网电压相频跟踪方法 (57) 摘要 本发明公开了一种基于捕获单元的电网电压 相频跟踪方法，利用相位指针标记电网相位值，并 且在开始跟踪时的过零点归零，在每个控制周期 对相位进行加1的操作，达到一个电网周期的控 制点数后清零，然后继续进行加计数，因此，在每 一个过零点，如果不为零，则将相位指针步进式拉 回到零；另外，电网电压的频率采用m个电网周期 的过零点计数进行滑动平均来获得准确的电网电 压频率，可以更为准确获得电网电压相位，有效地 避免了传统方法中，在过零点一次性将相位归零 带来的控制电流波形抖动。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (19)中华人民共和国国。
3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 1/1页 2 1.一种基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)、利用捕获单元捕获逆变器运行时电网电压的过零点，并作为零相位点；此处电网 电压是指的三相电网电压的一相电网电压，过零点是指的电网电压在下降过程中为0时的 时间点； (2)、相位跟踪 2.1)、利用相位指针标记电网相位值，在开始相位跟踪的第一个电网周期的过零点处， 将相位指针归为零，并在每个控制周期对相位指针加1，相位指针加计数到达一个电网周期 的控制点数后清零，然后继续进行加计数数； 2.2)、在之后的每个电网周期过零。
4、点中断程序中，判断相位指针在零相位点是否为零， 如果是，则无需动作，否则，就将相位指针步进式拉回到零； 2.3)、将相位指针除以一个电网周期的控制点数，然后乘以360度，得到电网电压的相 位值，实现相位的跟踪； (3)、频率跟踪 3.1)、用一计数器在新捕获的过零点与上一次捕获的过零点之间计数，并存储计数 值； 3.2)、在开始频率跟踪时，对每次新捕获的过零点与上一次捕获的过零点之间计数值 进行累加，累加值为N _sum ，当累加了m个计数值，即m个电网周期后，将累加值为N sum 除以个 数m，得到平均计数值N； 3.3)、在之后的每个电网周期结束时，即捕获到新的过零点后，均将当前电网周期的。
5、过 零点计数值与累加值N sum 进行相加，并减去当前计数值前面的第m个计数值，得到更新后的 累加值N sum ，然后除以个数m，得到平均计数值N； 3.4)、将每次得到平均计数值N的倒数乘以计数器的时钟频率f clk 得到电网电压的频 率f grid ，实现频率的跟踪。 2.根据权利要求1所述的捕获单元的电网电压相频跟踪方法，其特征在于，所述的相 位指针步进式拉回到零为： 相位指针已经超出了零相位值时，对相位指针减1计数；而相位指针还未到达零相位 值时，对相位指针加1计数。 3.根据权利要求2所述的捕获单元的电网电压相频跟踪方法，其特征在于，所述的相 位指针超出或未到达零相位值的判断为： 设。
6、定一个临界值N boundary ，判断相位指针计数值N count 小于临界值N boundary 是否成立，如果 成立，则相位指针计数值超出零相位值，反之则未到零相位值。 权 利 要 求 书CN 102611134 A 1/4页 3 一种基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法 技术领域 0001 本发明属于光伏逆变并网发电系统技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于捕获 单元(Capture)的电网电压相频跟踪方法。 背景技术 0002 目前太阳能光伏发电系统已经被全世界许多国家关注，光伏逆变器作为光伏逆变 并网发电系统的关键部分也得到了很大的发展。 0003 图1是光伏逆变并网发电系统基本结构图。
7、。 0004 如图1所示，通常情况下，光伏逆变并网发电系统都是由太阳能电池板阵列、光伏 逆变器组成。其中，光伏逆变器包括最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简 称MPPT)模块、母线电路、逆变桥电路和控制电路四个部分，其功能是将太阳能电池板阵列 输出的直流量电能转换成交流量电能并将电能输送到电网。 0005 太阳能电池板阵列的功能是将太阳能转化为电能，最大功率点跟踪(MPPT)模块 与太阳能电池板相连，调节太阳能电池板的工作状态，使太阳能电池板阵列工作在最大功 率点上。母线电路通过最大功率点跟踪模块上的升压电路与太阳能电池板阵列相连，当母 线电压升高到指定。
8、值时系统开始进行能量传输，将太阳能电池板转化的电能输送到逆变桥 电路上。逆变桥电路功能是将母线电路传送的直流电转化为交流电。控制电路是整个光伏 并网逆变发电系统稳定工作的关键，最大功率点跟踪的实现、母线电压的平衡和稳定的控 制、逆变桥电路电流的跟踪控制都要依靠控制电路进行运算和调度。 0006 光伏逆变器并网电流跟踪控制是实现并网传输能量的关键，而获得与电网电压同 频同相的并网电流，并保证其波形畸变在规定范围之内，是实现并网的核心，也是逆变器控 制的重点和难点，而准确获得电网电压相位频率信息是实现有效跟踪并网电流的前提。 0007 通常获取电网电压相位频率值的方法是直接利用DSP的Captur。
9、e捕获单元捕获电 网电压过零点，以此计算得出电网电压相位频率，此方法简单、方便。然而在某些条件下，电 网存在波动，会产生例如过零点抖动、过零点失真、多个过零点等问题，并且硬件捕获电路 也存在误差，这会导致Captrue捕获单元捕获到的电网电压过零点出现错误，最终会导致 并网电流波动、波形失真和谐波含量高等问题，使整个并网逆变器工作效率较低。 发明内容 0008 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于DSP的Capture捕获单元 的电网电压相频跟踪方法，准确获得电网电压相频特性，以消除并网电流波形抖动，解决波 形失真和谐波含量高的问题。 0009 为实现上述发明目的，本发明基于捕获单。
10、元的电网电压相频跟踪方法，其特征在 于，包括以下步骤： 0010 (1)、利用捕获单元捕获逆变器运行时电网电压的过零点，并作为零相位点；此处 电网电压是指的三相电网电压的一相电网电压，过零点是指的电网电压在下降过程中为0 说 明 书CN 102611134 A 2/4页 4 时的时间点； 0011 (2)、相位跟踪 0012 2.1)、利用相位指针标记电网相位值，在开始相位跟踪的第一个电网周期的过零 点处，将相位指针归为零，并在每个控制周期对相位指针加1，相位指针加计数到达一个电 网周期的控制点数后清零，然后继续进行加计数； 0013 2.2)、在之后的每个电网周期过零点中断程序中，判断相位指。
11、针在零相位点是否 为零，如果是，则无需动作，否则，就将相位指针步进式拉回到零； 0014 2.3)、将相位指针除以一个电网周期的控制点数，然后乘以360度，得到电网电压 的相位值，实现相位的跟踪； 0015 (3)、频率跟踪 0016 3.1)、用一计数器在新捕获的过零点与上一次捕获的过零点之间计数，并存储计 数值； 0017 3.2)、在开始频率跟踪时，对每次新捕获的过零点与上一次捕获的过零点之间计 数值进行累加，累加值为N sum ，当累加了m个计数值，即m个电网周期后，将累加值N sum 除以 个数m，得到平均计数值N； 0018 3.3)、在之后的每个电网周期结束时，即捕获到新的过零点。
12、后，均将当前电网周期 的过零点计数值与累加值N sum 进行相加，并减去当前计数值前面的第m个计数值，得到更新 后的累加值N sum ，然后除以个数m，得到平均计数值N； 0019 3.4)、将每次得到平均计数值N的倒数乘以计数器的时钟频率f clk 得到电网电压 的频率f grid ，实现频率的跟踪。 0020 本发明的目的是这样实现的： 0021 在本发明中，利用相位指针标记电网相位值，并且在开始跟踪时的过零点归零，在 每个控制周期对相位进行加1的操作，达到一个电网周期的控制点数后清零，然后继续进 行加计数，因此，在每一个过零点，如果不为零，则将相位指针步进式拉回到零，这种步进式 相位跟踪。
13、电网过零点的方法，可以更为准确获得电网电压相位，有效地避免了传统方法中， 在过零点一次性将相位归零带来的控制电流波形抖动。另外，电网电压的频率采用m个电 网周期的过零点计数进行滑动平均来获得准确的电网电压频率，可以更为准确获得电网电 压频率，有效地避免了传统方法中，一个电网周期过零点计数值直接计数电网电压频率带 来的控制电流波形抖动。通过本发明基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法，消除了并网 电流波形抖动，解决波形失真和谐波含量高的问题。 附图说明 0022 图1是光伏逆变并网发电系统基本结构图； 0023 图2是本发明基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法中相位跟踪的一具体实施 方式流程图； 00。
14、24 图3是相位指针计数值可能出现的情况及判断示意图； 0025 图4是本发明基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法中频率跟踪的一具体实施 方式流程图； 0026 图5是滑动平均示意图； 说 明 书CN 102611134 A 3/4页 5 0027 图6是控制频率示意图； 0028 图7是采用本发明相频跟踪方法后的a相并网电流波形。 具体实施方式 0029 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地 理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许 会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。 0030 光伏逆变器控制频率f co。
15、n确 定后，继而也确定了一个电网周期的控制点数N con f con /f grid 即电网周期T grid 除以控制周期T con 。 0031 图2是本发明基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法中相位跟踪的一具体实施 方式流程图。 0032 在本实施例中，如图2所示，过零点中断程序即capture中断程序中，首先判断，是 否是相位跟踪的第一个电网周期，如果是，则将相位指针归为零，并在随后的每个控制周期 对相位指针加1，相位指针加计数到达一个电网周期的控制点数N con 后清零，然后继续进行 加计数。 0033 如果不是相位跟踪的第一个电网周期，相位指针不再归零，而是判断相位指针在 零相位点是否。
16、为零。如果是，则无需动作，否则，就将相位指针步进式拉回到零：相位指针已 经超出了零相位值时，对相位指针减1计数；而相位指针还未到达零相位值时，对相位指针 加1计数，这种步进式相位跟踪电网过零点的方法，可以更为准确获得电网电压相位，有效 地避免了传统方法中，在过零点一次性将相位归零带来的控制电流波形抖动。 0034 在本发明中，每个电网周期下降沿过零点都会产生capture捕获中断，在具体实 施过程中也可以采用上升沿过零点产生capture捕获中断。这两种方式是等同的。 0035 由于光伏逆变器启动时不会并网，有一段时间可供相位跟踪。第一个Capture捕 获中断产生时，对相位指针归零。此后的每。
17、个Capture捕获中断程序中，判断相位指针是否 为零相位点，如果是，无需动作，不是，则要进一步判断。 0036 相位指针计数值N count 在一个电网周期时间内，可能出现还未计数到控制点数N con ， 也可能出现计数已经超出了控制点数N con 而后清零重新再计数。 0037 图3是相位指针计数值可能出现的情况及判断示意图。 0038 在本实施例中，如图3所示，设定一个临界值N boundary ，判断相位指针计数值N count 小 于临界值N boundary 是否成立，如果成立，则相位指针计数值超出零相位值。反之则未到零相 位值，临界值N boundary 的值根据具体实施过程中的。
18、具体要求设定，一般为控制点数的1/10 1/30。 0039 理想情况下，电网稳定，电网电压周期也为固定。但实际电网不可能绝对稳定，总 是会存在波动，采样电路也存在误差。 0040 为减小误差，在本发明中，采用m个电网周期的过零点计数进行滑动平均来获得 准确的电网电压频率，可以更为准确获得电网电压频率。在本实施例中，m64，如图4、5 所示，利用控制电路内部计数器，在两个过零点之间计数，计数值为n k ，k当前周期，在前63 个电网周期，累加计数值n k 。在第64个电网周期时，累加计数值n k 后再除以64得到平均 计数值N。之后每个Capture捕获中断程序中，加上当前计数值n k 后，再。
19、减去当前计数值n k 说 明 书CN 102611134 A 4/4页 6 前面的第m，即64个计数值n k-64 ，得到更新后的累加值N sum ，然后除以个数64，得到平均计数 值N。 0041 将每次得到平均计数值N的倒数乘以计数器的时钟频率f clk 得到电网电压的频率 f grid ，实现频率的跟踪。逆变器刚启动时不并网，有足够的时间跟踪电网频率。 0042 在获得准确的电网电压频率值f grid 后，将频率值f grid 运用到并网逆变器控制过程 中，其作用就是要使得并网逆变器输出的电流频率与电网频率相同，以准确的电网电压频 率值f grid 作为并网逆变器电流控制的基准。 004。
20、3 电网电压频率值f grid 在并网逆变器控制中的具体实施过程：并网逆变器控制频率 是由控制电路，具体实施过程中由数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP) 的事件管理器(EV)的周期寄存器设定值(T1PR)决定。将得到的T1PR值赋给周期寄存器， 以此改变逆变器输出电流频率。定时器设定为连续增减模式，即计数器递增计数到周期 寄存器设定值(T1PR)后再递减计数到0，此为一个控制周期，时长为2T1PR，其控制关系如 下： 0044 N/f clk 2N con T1PR/f ev (1) 0045 式中：f clk 为时钟频率； 0046 T1PR为周期寄。
21、存器设定值； 0047 N con 为一个电网周期控制点数； 0048 N为平均计数值； 0049 f ev 为EV时钟频率； 0050 如图6所示，式(1)的含义为一个电网周期时间N/f clk 与一个控制周期2T1PR/f ev 乘以控制点数N con 的时间相等。 0051 将公式进行一下变换，最终得到周期寄存器设定值： 0052 0053 根据实时的电网电压频率f grid ，即对应的平均计数值N，改变周期寄存器设定值， 使得并网逆变器控制周期有效跟踪电网周期。 0054 测试结果 0055 将本发明基于捕获单元的电网电压相频跟踪方法跟踪得到的电网电压相位频率 运用到并网逆变器控制算法。
22、中，并网电流波形明显改善。如图7所示，5、7次谐波含量降低， THD值降低。 0056 尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人 员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术 人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变 化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。 说 明 书CN 102611134 A 1/5页 7 图1 说 明 书 附 图CN 102611134 A 2/5页 8 图2 说 明 书 附 图CN 102611134 A 3/5页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102611134 A 4/5页 10 图5 说 明 书 附 图CN 102611134 A 10 5/5页 11 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102611134 A 11 。