基于软件锁相技术的光伏并网系统基准正弦电路
郑翔骥
1
，
2
，陈道炼
1
（
1.
福州大学 电力电子与电力传动研究所，福建 福州
350002
；
2.
福建交通职业技术学院，福建 福州
350007
）
摘要： 介绍了高效单相光伏并网系统的结构拓扑，指出与电网电压同频同相的基准正弦电路性能状况对于
系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的优劣有重要作用，提出并深入分析了一类基于最优时间的软
件锁相技术、与电网电压同频同相的基准正弦电路，该基准正弦电路由采样电路、信号转换电路、软件锁相
环、
D ／ A
转换电路组成。 给出了关键电路参数设计准则与试验结果，试验结果证明该基准正弦电路输出正
弦电压与电网电压同频同相，总谐波畸变率小，简单实用，价格低廉。
关键词： 基准正弦电路； 光伏并网系统； 拓扑； 软件锁相技术； 输出电流波形质量
中图分类号：
TM 465
文献标识码：
A
文章编号：
1006 － 6047
（
2009
）
06 － 0102－ 04
收稿日期：
2008 － 05 － 16
；修回日期：
2008 － 09 － 05
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol．29 No．6
Jun. 2009
第
29
卷第
6
期
2009
年
6
月
1
高效单相光伏并网系统概述
新颖的高效单相光伏并网系统
［
1-2］
如图
1
所示。
该电路结构由光伏电池板、
Boost
型
DC - DC
变换系
统
［
3］
、半桥并网逆变器
［
4］
构成。 具有电路拓扑简洁、两
级功率变换、变换效率高、网侧功率因数高、寿命长、
并网电流总谐波畸变率（
THD
）低等优点。
图
1
所示变换系统中，并网输入电流
i
总是跟踪
电网电压。 如果基准正弦指令电流信号
＋ i
*
与并网
电压信号不同步，那么输入并网的电流和电网电压会
存在相位差，就无法保证输出最大的有功功率，因此
要保证光伏并网发电系统的最大有功功率的输出，
就必须保证基准正弦指令电流信号
＋ i
*
与并网电压
信号同步。 与电网信号同步的基准正弦电路的研究，
是光伏并网系统重要内容
［
5］
。
现提出并深入研究了一类基于软件锁相技术的
与电网电压信号同步的基准正弦电路，并给出了关
键电路参数设计准则和试验结果。
2
基准正弦电路构成与原理
2.1
基准正弦电路构成及实现
电网电压信号同步的基准正弦电路由电网电压
取样、正弦波
／
方波转换电路、单片机
［
6］
、
D ／ A
转换
电 路 、运 放 、正 弦 波 幅 值 和 极 性 控 制 电 路 等
6
个 部
分组成，如图
2
所示。
基本思想是先将电网电压
u
i
变换成一个与其同
步的电压方波信号，通过单片机的软件锁相技术
［
7-10］
达到与电网电压同频同相的目的，同时通过单片机的
读正弦波表格数据达到输出基准正弦波的目的。 这
里面涉及到
2
个方面内容：基准正弦波产生程序及软
件锁相技术。
2.1.1
正弦波数据表的设计方法
假设半周期正弦波表格是从
0 ~ 180°
每隔
1°
有
1
个点，共
180
个点构成，数据表的计算式为
D
i
= 255 sin
180°
180 - 1
!
"
i
（
1
）
其中，
i = 0
，
1
，
2
，…，
179
。
正弦波数据表的设计方法可通过
3
种方式。
a.
通过
C
语言
［
11］
设计。 程序如下：
FILE* fp = fopen（“d：\\ sin.data”，“w”）；
ASSERT（fp）；
for（int i = 0；i < = 179；i ++）
｛
double angle = i ／ 180 * 3.14159265358；
double sin_a = sin（angle）；
取样
u
i
正弦波 ／
方波转换
幅值和
极性转换
单片机
D ／ A
转换
运放
U
ref
图
2
与电网电压信号同步的基准正弦电路构成
Fig.2 Reference sinusoid circuit which is
synchronous with grid voltage
图
1
单相光伏并网发电系统
Fig.1 Single - phase grid - connected
photovoltaic system
PV
C
boost
U
dc
PI
×
同步
G
+
-
驱
动
S
1
S
2
Δi
i +i
*
C
G2
C
G1
S
1
S
2
S
boost
C
PV
L
boost
i
G