光伏发电并网同步锁频环技术研究

针对光伏发电的低电压穿越控制要求,研究能够适应于电网电压不平衡情况的电压快速准确检测方法显得格外重要。分析了不同锁频环技术的工作原理,并在Matlab/Simulink仿真平台中分别搭建了基于双二阶广义积分器的锁频环(DSOGI-FLL)模型、基于级联二阶广义积分器的锁频环(Cascaded-SOGI-FLL)模型以及基于降阶谐振调节器的锁频环(ROR-FLL)模型。通过重点模拟电网电压不平衡情况,对三种锁频环技术进行了对比仿真研究。结果表明:DSOGI-FLL和ROR-FLL响应速度快,适应电网电压跌落与频率突变的情况;Cascaded-SOGI-FLL响应速度相对较慢,适应电网电压存在谐波的情况。     

风力发电并网变流器同步技术研究

研究了用于风力发电系统电网侧变流器并网同步技术,分析并比较了四种同步技术的工作原理及实现方法,即单同步坐标系软件锁相环（SSRF-SPLL）、增强型锁相环（EPLL）、双同步坐标系解耦软件锁相环（DDSRF-SPLL）以及基于双二阶广义积分器的锁频环（DSOGI-FLL）。基于Matlab/Simulink软件平台,分别搭建了这四种并网同步技术的仿真模型,并在理想电网电压和不平衡电网电压情况下,对不同方法运行性能进行了比较。结果表明,SSRF-SPLL控制算法实现最为简单,但其仅在电网电压理想工况下有效。而其他三种方案不仅适合于理想电压工况,而且在电网故障情况下也能对电网电压实现准确监测。而在动态性能方面,EPLL方法性能较差,DDSRF-SPLL较前者好,但是其控制算法复杂。DSOGI-FLL方法在电网频率和相位检测性能方面最好,而且控制算法简单。     

基于二阶广义积分器的单相并网系统锁相技术的研究

由于电网电压通常受到扰动和谐波的影响,因此在并网变换器的同步应用中,并网电流和电网存在相位差,会对电网产生冲击和污染。实践经验表明基于某种正交信号发生器(QSG)的锁相环(PLL)具有更好的性能。文章采用基于二阶广义积分器(SOGI)的正交信号发生器,并加以改进,在无需使用三角函数的情况下,设计一个简单的控制环将SOGI谐振器中心频率自适应调节为输入频率,并去除PLL模块,构造了新型的锁频环(FLL)结构。仿真结果表明,该方法不仅易于设计和实现,同时其性能优异,频率和相角的检测速度较快,且不含有稳态振荡,验证了方案的可行性和优越性。     

基于双2阶广义积分器锁频环的电网同步技术

双2阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)与其他常规锁相环相比,具有较好的电网适应性,在电网谐波含量较高及电网故障跌落的情况下可实现对电网电压基波频率和相角快速准确的捕获。构建了基于DSO-GI-FLL的并网变流器电网同步控制系统,仿真和实验结果表明,在电网背景谐波和故障跌落的情况下,该电网同步系统可更好地滤除电网电压低次谐波的干扰,更快、更稳定地实现相角和频率的同步,从而验证了该系统的有效性和可行性。     

逆变器在电网故障下的并网同步化技术

在大规模可再生能源并网发电场合中,电网可能会存在电压跌落、频率变化和谐波污染等故障,因此并网逆变器需要高性能的锁相(频)环技术来实现与电网良好同步,增强为电网提供频率和幅值支撑的能力。为此提出一种基于级联二阶广义积分器(SOGI)的锁频环技术。该技术通过级联二阶广义积分器和正、负序分量计算网络,快速准确地从故障电网中分离出基波正、负序分量,有效地消除了负序分量和谐波分量对获取频率信息的影响,实现频率的自适应控制。MATLAB的仿真结果表明了该技术有效可行。     

基于改进频率微分运算的虚拟惯量控制策略

可再生能源通过快速功率变换器接口接入电网受到广泛关注,但往往会引起电网等效惯量减小的频率稳定性问题。文中分析了2种现有解决方案：利用锁相环频率直接进行微分运算的方法,其动态响应速度慢,易引起谐波放大的问题;利用二阶广义积分器-锁频环(SOGI-FLL)评估频率微分信号的方法避免了频率微分运算,但在抑制电网电压扰动方面的能力有限。为此,提出一种基于级联二阶广义积分器-锁频环(CSOGI-FLL)准确评估频率信号的虚拟惯量控制策略,即将基于二阶广义积分器原理的频率自适应滤波器加入SOGI-FLL的控制回路中,增强SOGI-FLL的扰动抑制能力。最后,建立柴储微网系统的仿真模型和实验平台,仿真和实验结果共同验证了所提控制策略的有效性。     

基于降阶谐振调节器的正负序分量检测方法

在电网不平衡下并网逆变器的控制策略中需对电网电压进行正负序分量准确检测,还需要对电流的正负序分量进行控制。研究了一种谐振调节器,该调节器是由传统的二阶谐振（SOGI）调节器降阶得到,称之为降阶谐振（ROR）调节器,理论分析表明,其能在特定频率下对交流量的正序或负序分量实现独立的无静差调节。将其应用在电网电压和电流的正负序检测中,提出一种新的电网电压和电流正负序检测方法,该方法加入了调节器的积分系数,角频率由锁相环反馈得到,实现自适应调节。仿真和实验验证了所提方法动态响应快,能在静止坐标系下分别对电网基波正     

不平衡及畸变电网下并网变流器的比例多谐振电流控制

针对不平衡及畸变电网电压影响并网变流器控制性能的问题,采用比例多谐振调节器对变流器的电流环进行控制。在建立两相静止坐标系下变流器数学模型的基础上,给出一种采用直流电压外环、电流内环的双环控制结构,电流内环选择比例多谐振调节器实现了对基波电流的跟踪和对畸变电网电压扰动的抑制。针对含有LCL型滤波器的变流器中滤波器以及比例多谐振调节器阶数高、参数设计困难的问题,基于离散域根轨迹分析,提出了比例多谐振调节器参数设计的方法。通过分析谐振调节器参数对系统闭环极点的影响,设计了电流环的控制参数,该参数可使系统在滤波器及电网频率变化时仍然具有较好的鲁棒性。在RT-LAB硬件在环实验平台上,验证了电流控制方法的可行性,以及所提比例多谐振调节器参数设计方法的正确性。     

电网畸变下基于改进DSSOGI-FLL同步信号提取方法

为了满足在不对称、直流分量及谐波畸变等情况下同步信号的提取需求,三相电压需要准确地提取出电压信号的正负序分量、幅值和基波频率。基于DSOGI-FLL的方法可实现电压在不对称和畸变下同步信号的提取。但当电压跌落深大大、直流分量和多次谐波影响下,DSOGI-FLL方法无法实现同步信号的准确提取,使其追踪的波形波动比较大,并降低了追踪速度。文章对SOGI结构进行改进,使其在SOGI的基础上增加求差节点和自适应滤波器,提出了基于改进DSSOGI-FLL的同步信号提取方法,该方法在电压跌落深度大、直流分量和多次谐波影响下能够准确、快速提取出正负序分量、相位和频率等信息。仿真分析验证了改进方法的准确性和有效性。     

解耦混合坐标系并网逆变器电网同步方法

针对电网电压直流分量扰动影响电网同步精度的问题,提出一种解耦混合坐标系电网电压同步方法。首先分析了传统旋转坐标系锁相环的原理及存在的问题,在此基础上,将直流分量视为频率为"0Hz交流量谐波",并结合多旋转坐标系锁相环,提出静止坐标系结合多旋转坐标系的解耦同步方法。文中从系统稳定裕度、抗扰特性和动态性能等方面对锁相环参数进行了设计。最后在电网电压畸变不平衡且存在直流分量扰动情况下进行了仿真和实验研究。实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。     

单相并网变换器预测直接功率控制策略研究

针对单相并网变换器,通过二阶广义积分构造与电网电压、并网电流正交的虚拟电压、电流分量来形成αβ坐标系下的两相系统。将αβ坐标系下的两相系统变换到按电网电压定向的dq旋转坐标系下。推导两相系统在αβ坐标系和dq旋转坐标系下的数学模型,在此基础上简要分析单相并网变换器的矢量控制原理。根据瞬时功率理论和预测方法推导两相系统在dq旋转坐标系下的功率预测模型,根据此模型提出一种预测直接功率控制策略。搭建1kW的样机,对矢量控制和预测直接功率控制进行研究。实验表明预测控制方案的可行性和正确性,与矢量控制相比,预测直接功率控制具有更快的功率响应。     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

具有抗谐波干扰的三相数字锁相环设计与仿真

在光伏或风能的三相有源逆变过程中,获取三相电网实时基波相位是非常重要的。针对当电网出现三相电压不平衡或较强的高次谐波干扰的情况,给出了一种具有抗谐波干扰的三相数字锁相环设计方案,并对方案的工作原理做了说明。最后,利用Matlab/Simulink对该三相数字锁相环在各种条件下做了对比分析,证明了基于多二阶广义积分器三相数字锁相环设计方案可以消除各次谐波的影响,使三相锁相环获得良好的跟踪基波相位的效果。该方案可以移植到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。     

电网故障下直驱风电系统网侧变流器的电网同步化技术

为了能够在电网故障下对直驱风电系统传递给电网的功率进行持续控制,避免变流器保护跌落和提高瞬态故障穿越能力,对故障电压基波正负序分量进行快速而准确的检测是必要的。提出了一种不平衡和畸变电压运行条件下风电系统网侧变流器的新型电网同步化技术,即双二阶通用积分器-锁频环(DSOGI-FLL)。这个新的检测器包括正交信号发生器、正负序分量计算器和锁频环3个基本函数模块。对DSOGI-FLL进行的仿真和试验结果表明这种新型软件锁相环便于数字实现,能对不对称和畸变电网电压进行快速、准确检测和稳定跟踪;DSOGI-FLL是直驱风电系统网侧变流器在电网电压不平衡和畸变条件下的一个合适的电网同步化方法。     

一种基于脉振高频电压注入法的转子位置检测方法

在基于脉振高频电压注入法的内置式永磁同步电机(IPMSM)无位置传感器控制中,使用滤波器提取转子位置信息影响了系统动态性能。提出一种基于二阶广义积分器(SOGI)的转子位置检测方法。利用SOGI构建位置观测器,简化系统参数整定过程,动态过程中可以更加准确地提取转子位置信息,有效地减小了转子位置动态估计误差,最后仿真结果表明该方法改善了系统的控制性能。