在光伏并網系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)生抖動或者失鎖的現象，保證系統(tǒng)的正常運行,。另外,，本系統(tǒng)還使用CPLD對DSP產生的PWM波控制信號和系統(tǒng)運行時的各項參數進行監(jiān)控，一旦發(fā)現異常，立即使系統(tǒng)停機,，并通知DSP發(fā)生異常,，從而實現了對系統(tǒng)的硬件保護。

　　1 系統(tǒng)整體結構組成

　　本文所介紹的設計方法是5 kW光伏并網發(fā)電系統(tǒng)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(tǒng)結構圖如圖1所示。

　　本控制系統(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(huán)路的捕捉帶：

△fmax=f2max-f1=Mfc(kN)

　　這樣,，當環(huán)路鎖定時，f2=f1其系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)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(huán)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(huán)的原理框圖，可用VHDL語言分別對該系統(tǒng)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。

　　2．1 數字鑒相器

　　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(fā)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(huán)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,。

　　2．2 數字濾波器

　　計數器可設計成一個17位可編程(可變模數)可逆計數器，計數范圍為23～217,，可由外部置數DCBA控制,。其輸入頻率fk=Mfc。當鑒相器輸出Vd為高電平時,，K模計數器進行減計數，計數到“0”時,，輸出一個借位脈沖DN,；而當鑒相器輸出Vd為低電平時，K計數器進行加計數,，當計數到某一設定值“DCBA”時,，將輸出一個進位脈沖UP。UP和DN可作為脈沖加／減電路的“加”和“扣”脈沖控制信號,。

　　2．3 數控振蕩器

　　本電路由D觸發(fā)器,、JK觸發(fā)器和與門、或門等電路組成,。當數字濾波器UP輸出端輸出一個進位脈沖時,，系統(tǒng)便在INC下降沿到來后，在脈沖加／減電路的輸出端fout插入一個脈沖信號，也就是使相位提前半個周期,；反之,，當數字濾波器DN端輸出一個借位脈沖時，在DN下降沿到來后,，系統(tǒng)就會在脈沖加／減電路的輸出序列中扣除一個脈沖信號,，也就是使相位滯后半個周期，且這個過程是連續(xù)發(fā)生的,。這樣,，脈沖加，減電路的輸出經N分頻器模塊(ncount)分頻后,，即可使輸出信號的相位接受調整控制,，最終達到鎖定。當環(huán)路鎖定后,，輸出與輸入信號之間會存在一定的相位誤差,。