电网非理想情况下的同步锁相技术

电网电压同步锁相是并网逆变系统的关键技术之一,当电网电压出现不平衡时,同步旋转坐标系d,q轴上含有二倍频分量,导致传统同步锁相技术不能准确检测出电网基波正序电压相位信息。在分析d,q轴二倍频分量产生原因的基础上,提出将q轴分量通过FIR滤波器移相90。后注入d轴来消除二倍频分量的影响,从而获得理想的电网基波正序电压相位信息。分析所提锁相环(PLL)的工作原理,给出其实现方法,探讨该方法在单相系统中的应用,并通过合理设计PLL控制参数来抑制谐波对PLL性能的影响。仿真和实验表明,该方法在电网电压不平衡、频率变化、单相系统及电网电压畸变情况下,能准确检测出电网基波正序电压的相位。     

二阶广义积分器的三种改进结构及其锁相环应用对比分析

二阶广义积分器(SOGI)可以提取三相电网电压信号中的基波正序分量,通过锁相得到精确的电网相位信息。而SOGI本身存在对输入信号频率依赖性强的缺陷,为此提出三种改进型SOGI。对三种改进型SOGI进行详细的对比分析,并将其应用到锁相环(PLL)中。之后将三种改进型SOGI-PLL分别在电网电压不平衡、含有直流分量和含有高次谐波的情况下进行对比实验,可以证明改进Ⅲ型SOGI-PLL具有更好的电网适应性。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性,并给出了结论。     

一种基于滑动平均滤波器的同步锁相算法研究

提出了一种基于滑动平均滤波器的三相软件锁相环,在αβ轴上添加延时信号消除器滤除直流分量和可能存在的偶次谐波,改进传统PLL的控制结构,克服了硬件锁相环存在漂移、失锁、抖动和依赖过零点检测等缺点,避免了传统软件锁相环难以兼顾稳态检测精度和动态响应速度的不足。采用时域仿真将该方法与传统锁相算法进行对比分析,结果表明,该算法在三相电压跌落、不平衡、频率跳变以及出现直流分量时均能够准确快速地提取基波正序电压的幅值、相位和频率。     

基于改进型DSOGI-PLL的电网电压同步信号检测

基于双二阶广义积分器的锁相环(dual second-order generalized integrator PLL,DSOGI-PLL)通过二阶广义积分器产生正交信号和滤除谐波,可实现在电网电压不对称和畸变情况下同步信号的提取。但当电网电压含有多次谐波时,基本二阶广义积分器的滤波效果不理想,锁相环提取的同步信号出现波动。文中通过构建谐波消除模块,在DSOGI-PLL的基础上,提出一种改进的锁相环结构。该锁相环在计算分离正负序电压之前先利用谐波消除模块消除电网电压中的各次谐波,从而消除谐波对锁相环的影响,准确地提取电网电压同步信号。MATLAB仿真和实验结果均表明,这种锁相环在电网电压不对称和含有多次谐波时能有效地提取基波的正负序分量、频率和相位。     

复杂电网工况下基于CDSOGI-SPLL的电网电压同步方法

传统锁相环技术在三相电网电压含有直流分量、发生不对称故障以及严重畸变条件下,其检测精度受到直流分量、负序分量及谐波分量的干扰,将不能准确跟踪电网电压频率和相位。针对这一问题,提出一种将相序解耦谐振(SDR)控制器和改进的级联双二阶广义积分器软件锁相环(CDSOGI-SPLL)相结合的锁相方法。该方法首先利用SDR控制器将正负序分量进行分离,然后引入改进的级联双二阶广义积分器(CDSOGI)对正负序分量进行二次分离和谐波抑制,并消除直流分量对CDSOGI输出正交信号的影响。仿真和实验结果表明,在三相电网电压含有直流分量、不平衡和严重畸变情况下,所述方法可以实现电网电压同步信息的准确采集。     

基于DFT和DSC提取电压基频正序分量的方法

针对三相电网电压可能含有谐波和不对称分量的情况,通过离散傅里叶变换(DFT)算法提取其中基频信号的幅值和相位,重构出基频信号后,再通过延时信号消除算法(DSC)提取基频信号中的正序分量,最后通过同步参考轴锁相环(SRF-PLL)完成对基频正序信号的相位跟踪,同时该PLL还能给定基频正序分量(FFPS)的频率估计值,该频率的获取使得DFT和DSC具有频率自适应性,能准确提取相应信息。最后通过实验验证了这种信号提取方法的可靠性和正确性。     

电压不平衡且畸变下基于UHCM模块的锁相环研究

针对传统的基于同步参考坐标系的三相锁相环在非理想电网环境下不能准确跟踪电网电压的相位问题,提出了一种基于不平衡谐波补偿机制模块的三相锁相模型。该模型首先利用UHCM模块估算各次谐波的含量,进而有效地消除谐波分量的影响,把正序基波分量和负序分量提取出来;然后通过αβ坐标变换,可以准确获得基波正序电压分量频率和相位等基本参数。仿真结果表明,该方法具有较强的谐波抑制能力和动态响应速度快的特点,满足电网信号同步跟踪要求。     

具有高动态性能和锁相精确度的改进PLL设计

为提高锁相环(phase-locked loop,PLL)的动态性能和锁相精确度,提出一种基于dq变换的改进锁相环,其通过平均值环节而不是延时信号消除(delayed signal cancellation,DSC)或低通滤波器(low pass filter,LPF)预先将负序与谐波分离出去,大幅缩短了暂态响应时间,同时亦消除了系统电压不平衡或畸变对锁相精确度的影响。详述了该PLL的工作原理;给出了关于负序与谐波分离方法的讨论;推导了控制环的线性化模型及其PI参数的整定方法。仿真与实验结果表明,由于采用平均值环节和不存在传统软件锁相环(soft ware phase-locked loop,SPLL)具有的耦合关系,该PLL可快速而准确地锁定系统电压中正序基波分量的相位,具有高动态性能和锁相精确度,适用于动态电压恢复器(dynamic voltage restorer,DVR)或统一电能质量控制器(unified power quality controller,UPQC)等对电压变化敏感的柔性交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)。     

不平衡畸变电网电压下的谐波检测

此处分析了三相四线制有源电力滤波器(APF)基于佛布迪(FBD)的谐波电流检测算法,针对它在不平衡畸变电网电压下的不足,提出一种改进的谐波电流检测算法。该方法利用三角函数矩阵与电网电压运算,得到基波正序电压,再基于单同步坐标系软件锁相环(PLL)实时跟踪基波正序电压的相位,进而快速求取谐波指令电流。仿真分析和实验结果验证了该方法的检测结果不受电网电压不平衡和畸变影响。     

非理想电网下基于双d-q变换的锁相环设计

针对传统的单同步坐标锁相环(SSRF-SPLL)在非理想电网条件下存在检测相位和幅值不准确的问题,此处提出多陷波器级联的双同步坐标系解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL),通过多个陷波器级联环节滤除电网背景谐波,通过双同步坐标系解耦滤波环节提取电网正负序分量。该方案可以快速准确地输出电网电压的相位、频率和正负序分量。仿真和实验结果验证了所提锁相环(PLL)在电压理想工况、不平衡工况、基波非工频工况和电压有背景谐波工况的有效性。     

分布式发电系统并网公共连接点电压幅相检测方法

提出一种新型三相幅相检测方法,该方法基于PQR变换,实现了三相电压基波正序、负序分量解耦。电网电压的基波正序分量和负序分量分离后,基波正序分量及基波负序分量的幅值和相位可以分别被检测出来。仿真结果表明,在电网严重谐波畸变条件下,提出的新型三相幅相检测方法克服了传统三相软件锁相环路存在的问题,能准确地跟踪基波正序电压的幅值和相位,在同等检测精度下有效提高了动态响应速度,可应用于分布式发电系统并网公共连接点电压幅相检测。     

电网电压不平衡条件下VIENNA整流器滑模控制策略

三相VIENNA整流器作为新型的三电平拓扑结构,因其功率密度高、电压应力小和实现单位功率因数运行等特点在大功率整流场合中运用广泛。针对电网不平衡时直流侧电压产生的二倍频波动,设计了一种在两相静止坐标系下的改进型不平衡控制策略。首先利用双同步坐标系的解耦软件锁相环实现电网电压正负序分量的分离,然后基于正负序双电流环独立控制结构将滑模控制SMC（sliding mode control）引入到电流控制器中,通过所设跟踪误差选取合适的滑模面及滑模趋近律,有效实现了直流电压纹波抑制以及输入电流谐波含量的最小化。最后在Matlab/Simulink软件中搭建了电网不平衡下VIENNA整流器控制系统的仿真模型,验证了所提控制策略的正确性和可行性。     

基于自适应滑模观测器的新型快速锁相环设计

为了提高电力系统中各种装置控制器的性能,需对单相电网电压的相位和频率进行准确、快速估计,为此设计了一种用于单相电网电压的新型快速锁相环PLL（phase-locked loop）方案。新型PLL基于自适应滑模观测器实现了对频率和相位的估计。由单相电网电压状态空间形式可知,系统可观,并得到Luenburger观察器,进一步由状态转换后推导出Lyapunov函数,同时给出自适应参数更新律,完成全局稳定的自适应滑模观测器设计。利用基于dSPACE搭建的测试平台开展了新型PLL与增强型PLL和基于二阶广义积分器的PLL的性能对比实验。实验结果表明,自适应滑模观测器可提高锁相速度和精度。基于自适应滑模观测器的新型PLL具有结构简单、参数易于调整和适合实时实施的优点,是一种性能更优的PLL。     

基于单二阶广义积分器的三相数字锁相环设计

在一些与电网三相电压相关联的电力电子设备中,获得电网电压实时基波相位是非常重要的。针对电网出现三相电压不平衡的情况,提出了一种基于单二阶广义积分器的三相数字锁相环的设计方案,并通过Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果验证了锁相环在电网三相跌落而出现三相电压不平衡时,仍可以准确跟踪三相电网相位。设计方案原理清晰,结构简单,易于实现。可以很方便的移植到FPGA中,构成全硬件集成锁相环;也可以移植到DSP中,构成全软件锁相环。     

改进的解耦双同步坐标系锁相环的设计与实现

微网中的电压可能会存在较大的谐波和不平衡,因此要求锁相环(PLL)能够迅速、准确地确定电网正序电压的相位。提出的改进型解耦双同步坐标系PLL通过在q轴加入6次谐波的陷波器,可抑制电网中的5次负序电压和7次正序电压对锁相的影响。锁相程序在相位变化较大时改变正弦表的指针,在相位或频率变化较小时调节DSP周期寄存器。实验证明了该锁相方法的有效性。     

无锁相环的三相电网谐波和无功检测新方法

针对三相电网电压不对称或畸变时存在的缺陷,基于瞬时无功功率理论,本文提出了一种无锁相环的谐波和无功电流检测新方法。该方法利用对称分量法和正余弦变换得到基波正序有功电流,无需对三相电压进行锁相,能准确、实时地检测出不对称三相电网中的基波正序无功电流、负序电流以及谐波电流的和,解决了电网电压畸变和频率发生偏移时锁相环对电流检测准确性的影响。理论分析和仿真结果验证了该方法的可行性。     

非理想电网下三相LCL滤波并网逆变器对称电流控制

非理想电网包括电网存在不平衡、谐波畸变、频率变化等情况,在非理想电网下,三相电网中除正序分量外还含有一定量的负序、零序以及谐波分量。一方面,电网负序分量会使得d轴上含有2倍工频的脉动,从而导致锁相环锁相失准,虽然通过增加适当的滤波器可以滤除脉动量、提高锁相精度,但难以同时保证较好的频率适应性;另一方面,电网的负序及谐波分量易导致进网电流不对称且谐波含量增大,污染电网。针对上述问题提出了采用变采样周期锁相环(VSP-PLL)和电网负序电压前馈的方案,并结合逆变侧电流反馈控制以实现对称电流控制,最后,在一台5 k W三相LCL滤波并网逆变器样机上进行了实验验证。实验结果证明了方案的有效性。     

复杂电网下基于CSDFT-MAF-PLL的电压同步方法

针对滑动离散傅立叶变换锁相环SDFT-PLL(sliding discrete Fourier transform phase-locked loop)在含整数次谐波及直流偏移分量等复杂电网条件下,发生频谱泄漏影响电压同步问题,设计一种级联型频率自适应SDFT-PLL装置CSDFT-PLL(cascaded SDFT-...     

基于超级电容储能系统的不对称故障下PMSG控制策略研究

为了提高直驱型永磁同步风力发电机的低电压穿越能力,通过对其在电网电压不对称故障下产生的2倍工频分量机理进行分析,提出了一种基于超级电容储能系统的新型改进控制策略。基于功率平衡的思想,直流侧采用超级电容储能系统,并改用功率外环电流内环的控制策略,以实现不对称故障时堆积在直流侧不平衡功率的平滑控制。同时,在网侧采用双二阶广义积分器锁相环替代传统方法中的单相锁相环,实现不对称故障时正负序基波分量的精确测量。通过Matlab/Simulink仿真表明,该控制策略能有效抑制系统在不对称故障时的网侧有功和直流侧电压二倍频波动,提高系统在不对称故障下的低电压穿越能力,证明了所提出改进控制策略的有效性。     

电压畸变和不平衡状态下无锁相环UPQC补偿量检测方法

针对电网电压畸变和不平衡状态下采用锁相环所带来的缺陷,提出一种无锁相环UPQC补偿量检测方法。该方法基于同步坐标变换理论,在DSP内部建立的虚拟正余弦函数表基础上对三相电网电压进行同步坐标变换并获取单位基波正序电压分量,直接求取电压补偿量,随后利用已得结果进行基波正序有功电流的分离,无需对三相电压进行锁相和对电网电流进行同步坐标变换,同时与现有无锁相环方法相比,运算得以进一步简化,可以更加可靠、快速和准确地检测电压、电流补偿量。仿真和实验结果证实该方法用于UPQC电压、电流补偿量检测具有良好的可行性和有效性。