基于ANF-PLL的电网电压基波正负序分离方法

为了满足并网变流器在电网电压不对称情况下的控制需求,需要快速准确地提取出基波正负序分量的幅值和相位。在电网电压不对称时,负序分量会在同步参考坐标系锁相环(phase locked loop based on synchronization reference frame,SRF-PLL)的 dq 轴分量中产生2倍工频波动,影响基波分量和相位的提取结果。该文通过将自适应陷波器(adaptive notch filter,ANF)加入到同步参考坐标系锁相环的结构中,提出了一种能够实现正负序分量分离的自适应陷波器锁相环(phase locked loop with ANF,ANF-PLL)方法。该方法利用ANF陷波器的2个相互正交的输出量分别抵消电网电压dq轴分量中由于负序分量造成的2倍工频波动,以此消除了电网电压不对称对同步信号检测的影响,并且可以同时提取出基波负序分量的幅值和相位。与其它方法相比,该方法无需进行正负序解耦或瞬时对称分量分离,在单同步参考坐标系下实现了基波正负序分量的分离提取,结构更加简单,减少了计算量。实验结果表明,文中提出的方法能够在电网电压不对称与频率变化的情况下准确提取出基波正负序分量的幅值与相位,并且具有良好的动态性能。     

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。     

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。     

直流分量对正弦幅值积分器同步信号检测方法的影响及其抑制方法

三相并网变流器的控制需要电网基波电压同步信号的确准检测,正弦幅值积分器锁频环(frequency-locked loop based on sinusoidal amplitude integrator,SAI-FLL)是一种结构简单、性能良好的同步信号检测方法。文中首先分析了当输入信号含有直流分量时,正弦幅值积分器锁频环的性能,分析结果表明,输入直流分量会在正序幅值和频率信号中产生工频波动,负序幅值中还会产生附加直流分量。文中提出一种抑制直流分量影响的方法,该方法将直流分量作为频率为零的交流分量,利用正弦幅值积分器(sinusoidal amplitude integrator,SAI)的选频特性,形成统一的SAI方法,控制结构简单。理论分析和实验结果都表明,文中提出的方法可以在电网不平衡和频率变化等情况下消除直流分量的影响,并快速准确地提取电网电压基波正负序分量的幅值和相位,实现同步信号的检测。     

基于FPGA的二阶广义积分器锁相环研究与实现

为了解决三相电网电压存在谐波、不对称分量和频率变动的复杂情况锁相问题,通过二阶广义积分器(SOGI)原理构建自适应滤波器,采用对称分量法提取基频信号中的正序分量,再变换到旋转坐标系下,通过PI整定出电网基频信号正序分量的频率,最后由积分得到角度信息。针对传统SOGI结构两相正交信号发生器使用同一个系数的缺点,提出一种改进方案,并阐述了现场可编程门阵列(FPGA)的实现方法,最终实验验证了该改进方案的正确性。     

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。     

电网故障时电力电子变流器的直接解耦同步法

现代电网出现短路、断线等故障时,临近故障点的各电网节点及并网变流器将运行于三相不平衡、电压闪变等异常状况F。通过对故障电网电压各序分量、谐波分量的分析,提出‘种基于矿、负序解祸的电网故障状态下并网电力电子变流器的直接解耦同步法（directdecoupledsynchronizationmethod,DDSM）。确切地说,通过克拉克变换,然后对参考电压“。蛳中的基波正负序分量进行解耦,即得到三相电压的矿负序摹波分量。正负序分量的解耦是利用现有的一些单向锁相环（phase—lockedloop,PLL）模块来实现的,这些模块可以理解为一种频率跟随的滤波器,能够滤得基波及其正交分量。对于电网存在较严重低次谐波的情况,还介绍对该解耦方法的简便扩展方案。相对于现有的一些三相电网同步方法,直接解耦同步法能够处理正负序基波频率不同的情况,其扩展方案可有效节省系统工作量。对直接解耦同步法及其扩展方案的频谱响应和运行特性进行分析和比较,并通过基于DSPACE半实物仿真平台的实验进行验证。     

一种具有频率响应自适应性的电压同步信号提取方法

基于自适应陷波器(adaptive notch filter,ANF)的电压同步信号提取方法能够在变频情况下准确提取基波频率和同步信号。但当电压频率在较大范围内变化时,如航空电源频率在360~800 Hz之间变化,会对ANF频率提取的动态性能产生影响。通过对ANF的动态性能进行理论分析和实验测试,发现其动态响应速度与电源频率呈现反比关系:电源频率越高,频率提取的响应速度越低。将频率检测结果引入到ANF的反馈环节中,提出一种改进的基于ANF的同步信号提取方法。该方法可消除电源频率变化对频率提取响应速度的影响,使变频情况下的频率检测结果具有频率响应自适应性。将改进方案在变频航空电源环境中进行仿真和实验研究,结果表明,所提方法能有效消除电源频率变化对动态响应速度的影响,提高动态性能,验证了理论分析的正确性。     

两相静止坐标系下消除不对称和谐波影响的同步信号提取方法

三相并网变流器可以在同步旋转坐标系下,也可以在两相静止坐标系下进行控制。无论在哪一种坐标系下进行控制,都需要能够快速准确地提取出电网同步信号。为了满足两相静止坐标系下变流器的控制需求,文中将正弦幅值积分器应用于两相静止坐标系下的同步信号提取。通过对在不对称和含有谐波情况下的输入电压进行矢量描述,提出采用多通道正弦幅值积分器的同步信号检测方法,可以消除负序分量和谐波分量的影响,而且无需进行正负序分离就可以直接得到正序分量和负序分量的幅值和相位信息。文中建立了多通道正弦幅值积分器同步信号提取方法的数学模型,揭示了同步信号提取的机理并讨论了反馈参数的选取原则。通过构造频率自适应算法,克服了电源频率变化对同步信号提取的影响。理论分析和实验结果都表明所提出的同步信号提取方法可以在电源频率变化、不对称以及含有谐波的情况下快速准确出提取出正负序分量的幅值和相位信号。     

基于自适应陷波器的分布式电源并网技术

分布式电源并网时要求与公共电网保持同频同相,传统的方法是使用锁相环提取公共电网电压的相角。为了提高控制系统的性能,该文提出了基于自适应陷波器的单相和三相并网控制系统,单相控制系统以电流控制为基础,参考电流的相角由ANF提取,三相控制系统采用PQ控制原理,电网电压的频率、幅值和相角由ANF检测。与基于锁相环的并网控制系统相比,文中的方法抗干扰能力强,最后通过仿真验证该文所提方法的快速性和准确性。     

A Comparative Performance Evaluation of Extended AANF with Different Parameter Estimation Techniques for Renewable Energy Integration

This paper presents real time performance evaluation of three phase extension of an amplitude adaptive notch filter (AANF) for online estimation of frequency, amplitude, and sequence components of the input grid voltage signal. The performance of an extended AANF is compared with conventional synchronous reference frame-phase lock loop (SRF-PLL), enhanced phase lock loop (EPLL), and existing adaptive notch filter (ANF). Comparative analysis has been carried out based on their ability in extracting frequency and amplitude of input grid voltage signal under balanced and unbalanced voltage sag/swell, frequency shift and distorted grid condition. Three phase AANF method provides high degree of accuracy than SRF-PLL, EPLL, and ANF in extracting appropriate signal information for unbalanced and harmonically distorted grid condition. The important feature of this method is its amplitude adaptability, which improves its speed of response and accuracy when grid signal is of variable amplitude. OPAL-RT’s (OP4500) real time controller with an in-built Xilinx Kintex-7 FPGA processor is used for real time implementation. Experimental results validate fast and accurate performance of an extended AANF in extracting frequency, amplitude, and sequence components of the utility grid voltage signal, which can be further used for performance improvement of grid connected renewable energy systems, custom power devices, and flexible ac transmission systems (FACTS) devices.     

基于一种新型正弦幅值积分器的谐波检测方法

针对基于瞬时无功理论的ip-iq谐波检测法结构复杂、响应速度慢等问题,提出了一种采用改进正弦幅值积分器结构的谐波电流检测方法。首先,利用二阶广义积分器的输出滤波特性及正弦幅值积分器的极性选择特性,使其相结合构造出了一种滤波性能更强,同时具有频率及极性选择作用的新型积分器。然后,利用该积分器快速准确地提取基波正序分量,并有效应用于谐波检测环节中。当电网电压存在直流偏置问题时,该积分器所构造的锁相环也能准确锁定电网频率及相位信息。最后,理论分析及仿真实验结果表明：该方法无需进行瞬时对称分量分离,就可提取出电网电压及负载电流基波的正负序分量,计算量小,谐波检测更精确。     

小波变换在三相不对称系统谐波检测中的应用

针对小波变换在三相不对称系统的谐波检测中无法分离出系统中的基波负序信号的局限性,提出了一种基于周期交错的小波MALLAT多分辨率分解的测量方法,它根据三相相电流在3/2变换后的正余弦特性,利用1/4个工频周期交错滤除基波信号中的负序成分,再利用小波多分辨率分析提取基波正序信号。在详细介绍了该周期交错算法的原理、流程及计算公式后以TMS320LF2407数字信号处理器为核心建立了验证该算法的实验系统。实验结果表明,该周期交错-小波变换算法可以克服单纯小波频带划分的局限性,有效地检测出三相不对称系统中的基波正序及负序电流分离,从而计算出总的有害电流。     

多复杂系数滤波器在风电并网变流器中的应用

同步信号对风电三相并网变流器的运行起着非常重要的作用,如何在电网电压畸变、频率波动或不平衡条件下快速、精确地提取出基波正序电压分量是同步信号检测面临的挑战。首先介绍了同步信号检测的滤波技术,当电网电压严重畸变和严重不平衡时,这些技术需要在精确度和动态响应之间进行平衡。然后提出了基于MCCF(多复杂系数滤波器)的同步信号检测技术,在非理想电网电压条件下不仅可以精确、快速地提取出正、负序电压分量,而且实现了对谐波分量的精确估算,从而在有源滤波器选择性补偿方面具有很大的应用潜能。另外,MCCF在锁相环、谐波分量提取、电能质量监测和孤岛检测技术中具有结构简单、灵活性强的特点。最后通过在MATLAB中建模仿真,验证了基于MCCF的同步信号检测技术的有效性。     

基于改进型二阶广义积分器的同步信号检测

为了满足三相电压在不对称、直流分量及谐波畸变等情况下并网变换器的控制需求,需要准确地检测出电压信号的正序分量、幅值和基波频率。基于双二阶广义积分器锁频环的方法可实现电压在不对称和畸变下同步信号的提取。但当电压信号含有直流分量和多次谐波时,基本的SOGI结构滤波效果不理想,追踪的波形波动比较大,并降低了追踪速度。文中介绍一种改进的SOGI结构,该结构在SOGI的基础上增加求差节点和自适应滤波器,并保留SOGI-FLL的优势。电压的幅值和基波频率能准确快速被检测出来,很好的减小频率跳变后的波动、滤除谐波和消除直流分量。MATLAB仿真结果表明,其改进方法在电压信号不对称、直流分量及多次谐波存在条件下准确地检测出正序分量和基波频率。     

Three-phase grid voltage synchronization using sinusoidal amplitude integrator in synchronous reference frame

Synchronization with the grid voltage is critical in the control of grid-connected power converters. Under unbalanced grid condition, the conventional synchronous reference frame phase-locked loop (SRF-PLL) does not work well due to the effect of the fundamental negative sequence component. This paper proposes a new synchronization method, the sinusoidal amplitude integrator based phase locked loop (SAI-based PLL), to efficiently eradicate the effect of the fundamental negative sequence component. As a result, it can accurately and quickly estimate the amplitude and phase angle of the fundamental components of grid voltages in unbalanced grid conditions. In addition, when dc offset and harmonics are contained in the grid voltage, a multi-SAI-based PLL method is developed to extract the synchronization signal. The proposed SAI-based PLL incorporates the sinusoidal amplitude integrator into the conventional SRF-PLL. Its operation is analyzed using the complex-vector notation. Simulation and experimental results on the performance of the proposed SAI-based PLL and comparison with other synchronization methods are presented.     

不平衡工况下电网电压序分量快速提取方法

快速准确地获取三相不平衡电网电压的序分量(即正、负、零序分量)是实现高性能并网逆变器控制的基本要求。文中提出了一种实用的瞬时序分量提取方法,可提高不平衡电网电压序分量的提取速度。首先,使用虚拟正交信号构建法和单相锁相运算获得虚拟三相电压相量,之后利用对称分量法和单相锁相逆运算,即可快速获得序分量的幅值和实时相位。该方法仅需电网电压及其虚拟正交信号,即可直接获得瞬时电压序分量,无需闭环检测方法中的参数设计和调试过程,且计算精度能够满足工程要求。通过MATLAB/Simulink实时仿真平台验证了该方法的正确性。     

基于时间尺度变换策略的幅频测量用自适应陷波器算法

现有电力信号幅频测量算法在动态条件下的测量精度和响应时间方面还有待改善,为此提出了基于时间尺度变换的自适应陷波器(adaptive notch filter,ANF)算法进行幅频测量。该算法对时间进行尺度变换,得到新时间尺度下的ANF动态方程,能够消除频率参数和滤波器之间的非线性耦合,将状态估计方程等价为线性时不变系统,并进行离散化处理。该算法能够有效消除谐波和噪声干扰,快速准确地测量动态变化的幅值和频率。算例结果验证了该方法的有效性,可满足在线测量的要求。