微電網是將分布式電源、儲能單元、負荷以及監控、保護裝置結合在一起，形成一個對公共電網來說單一可控的單元，同時也向用戶提供能量。微網主要有并網和孤島兩種運行模式。在微網的主從控制結構中，并網運行時，主逆變器需要鎖定電網相位，實現與公共電網的精確同步;孤島運行時，主逆變器需要為微網建壓，從而為從逆變器提供電壓和頻率參考。為避免動態切換時產生過大的環流，切換過程必須平穩連續。

鎖相環需要給微網系統提供相位信息，從而產生電流基準，所以其對微網模式的切換起到關鍵的作用。目前用于微網的鎖相環存在很多不足，文獻[2]將三相電壓經過Clark變換得到其α,β分量，進而得到其相角值，這種方法對輸入電壓諧波的抑制作用弱。文獻[3]對基于Park變換的鎖相環進行分析，其可以通過調節鎖相環的帶寬，來獲得較強的諧波抑制能力;但當三相電壓不平衡時，鎖相角輸出存在不可消除的2次諧波，從而降低并網電能質量和系統穩定性。此外，上述鎖相方法主要用于微網的并網階段，無法實現微網不同模式的平滑切換。本文給出一種可提取電網電壓正序分量的鎖相方法[4]，一方面解決了三相電壓不平衡的問題;另一方面在孤島模式下可自振蕩產生固定頻率的信號，并且可以在不同工作模式間進行平滑的動態切換[5]。

本文首先介紹微網逆變器鎖相環的工作原理;其次，對文中給出的鎖相環性能進行分析，介紹孤島下鎖相環自振蕩原理，并給出相應的數字實現方法;最終，基于F28335搭建實驗平臺進行實驗驗證。

微網逆變器鎖相環工作原理

微網逆變器系統結構

微網逆變器結構如圖1所示，包括主逆變器拓撲、控制電路、鎖相環及公共電網等部分。

逆變器與公共電網之間通過靜態開關S相連。微網不同的工作模式，對應的控制方式不同：并網模式采取單電流環控制，靜態開關S閉合、控制開關DF斷開，此時鎖相環跟蹤電網相位，并產生電流基準;孤島模式采取電壓外環電流內環的雙環控制策略，靜態開關S打開、控制開關DF閉合，此時逆變器與電網斷開連接，鎖相環內部自振蕩，產生幅值和頻率可控的電壓信號，為系統提供電壓和頻率支撐。

鎖相環性能分析

鎖相環結構如圖2所示。

正序分量提取需要兩路正交信號，目前，常采用二階廣義積分(SecondOrderGeneralizedIntegrator，SOGI)算法來構造2路正交信號。并網運行時，圖中控制開關DF為0，分別對Clark變換的兩路輸出信號進行二階廣義積分，從而分別得到其對應的正交信號，再經過后面的PSC代數運算便可提取出電網電壓的正序分量;孤島運行時DF為1，幅值控制器輸出Camp為系統自振蕩提供初始條件，使得孤島模式下鎖相環仍然能夠工作。此外，并網運行時，當電網頻率發生變化時，為了實現對輸入信號相位實時跟蹤，需要對諧振頻率0ω進行自適應控制，實時更新0ω值，該功能由鎖頻環來實現。

鎖頻環(FLL)

圖4給出了鎖頻環的結構框圖。

3.3幅值控制器

系統在孤島模式下運行時，要想鎖相環能夠自振蕩，必須給其一個初始的振蕩條件，且為了使提取的正序信號幅值與逆變器輸出電壓幅值一致，必須要跟蹤孤島模式下逆變器輸出電壓基準值，為此本文給出的鎖相環系統中增加一個幅值控制器，如圖5所示。

并網模式下，幅值控制器不起作用;在孤島模式下，基準電壓與正序信號幅值的差值經過比例控制器回饋給二階廣義積分器，從而構成負反饋，使得正交信號跟蹤逆變器輸出電壓幅值。

實驗結果及分析

為了驗證本文給出的微網用鎖相環的可行性與性能，基于F28335搭建實驗平臺。實驗參數：開關器件選用SPMIGBT模塊，輸入電壓280VDC，輸出電壓110VAC，開關頻率18kHz，濾波電感和電容分別為3mH和10μF。圖6所示為公共連接點(PCC)處三相電壓及鎖相角波形。

當DF為0時，提取電網電壓正序分量;當DF為1，由幅值控制器跟蹤逆變器輸出電壓基準，獲得逆變器輸出電壓正序分量。從實驗結果可得，切換過程中正序分量能平滑過渡。
圖8給出了并網和孤島模式下，鎖相角輸出波形。

從實驗結果可以看出，在動態切換過程中，鎖相角基本無波動，所以可以實現微網由并網到孤島模式的平滑無縫切換。

結論

針對傳統鎖相環用于微網系統中存在諸多不足，本文給出一種適用于微網系統的鎖相環方法，對其性能和各模塊進行分析，并給出相應的數字實現方法;最終，基于F28335搭建實驗平臺進行實驗驗證，并得出如下結論：

(1)系統鎖頻環能夠實時跟蹤電網角頻率的變化;

(2)幅值控制器能夠使得正序分量在孤島模式下跟蹤逆變器輸出電壓基準;

(3)在模式切換過程中，文中給出的鎖相環動態響應快且可以實現平滑無縫切換。