基于分数阶滤波器的三相锁相环技术

采用复数滤波器(CCF)研究电网同步锁相技术是目前比较流行的方法。为进一步提高锁相环(PLL)的动态性能,利用分数阶控制可以改善系统动态品质这一特性,提出一种将CCF-PLL改为分数阶滤波器(FOF)的PLL算法。设计的前级多重FOF结构会在电网基波正负序(FPC/FNC)及各次谐波处产生谐振尖峰,通过闭环控制,可以精确分离出FPC、FNC和谐波,从而使后级的同步旋转坐标系PLL提取出纯净的频率、相位等信息。为分析所提PLL的动态特性,推导了其线性化数学模型,并在此基础上对系统进行设计,确定其相关参数。研究发现,在相同开环截止频率下,提出的PLL比CCF-PLL具备更优异的动态性能。最后,通过Matlab/Simulink仿真和相关实验验证了该PLL的正确性和良好的动态品质。     

基于电网不平衡APF系统新型锁相环的研究

此处提出了一种改进的三相低通陷波器(LPN)锁相环(PLL)方法,该方法基于Clarke交换和Park变换,通过LPN滤波器,从而消除电网不平衡电压中的零序和负序分量。详细分析了单相LPN-PLL方法在电网不平衡条件下无法准确得到基波正序电压相位的原因及单相LPN-PLL相位偏差对i_p-i_q谐波检测的影响。详细分析了所提三相LPN-PLL的原理及所选滤波器的截止频率对三相LPN-PLL性能的影响和三相LPN-PLL的动态性能。通过仿真和实验分别验证了所提出的三相LPN-PLL方法能较好地检测出基波正序相位。将其应用到有源电力滤波器(APF)系统中,通过采用i_p-i_q谐波检测方法,能达到较好的补偿效果。     

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。     

一种嵌入重复控制内模的三相锁相环的设计与实现

作为分布式并网发电系统众多关键技术之一的电网同步锁相技术一直是国内外研究的热点。针对现有锁相环算法需要级联无穷个滤波器(或调节器)才能完全抑制电网谐波这一问题,提出了一种嵌入重复控制内模的锁相环方法。利用重复控制内模在电网基波频率及各次谐波频率处产生谐振尖峰这一特性,结合交叉解耦复数滤波器能分离电网基波正负序的特点,设计了一种能够完全消除谐波的正负序分量提取结构,分离出的纯净正序分量经过基本的同步坐标系锁相环能提取出频率、相位等信息。最后通过Matlab/Simulink仿真和相关实验在电网电压畸变、不平衡情况下对所提锁相环方法进行了测试,结果验证了该方法的正确性和有效性。     

改进型解耦自适应复数滤波器锁相环

为了消除因三相电压不对称、频率突变、相位突变、注入谐波等不平衡电网环境对传统锁相方法的影响,提出一种准确锁定基波正序电压频率以及相位的方法。介绍静止坐标系锁相环(αβ-PLL)的基本结构,分析静止坐标系锁相环工作的基本原理。基于此,引入具有极性选择性的正、负序一阶复数滤波器,通过改进滤波结构、合理选择其参数,在αβ坐标系下实现了正序基波电压的准确提取。仿真结果表明,该方法能更快速准确的检测基波正序电压的幅值、频率及相位。     

基于数字鉴相器的三相锁相环设计

有源电力滤波器需要实时检测正序基波电压的相位,作为计算和补偿标准。主要研究了基于同步旋转坐标变换的三相软件锁相环原理,分析其连续和离散数学模型,从物理上解释低通滤波器作用原理,最后采用矩阵实验室的定点符号工具箱和Simulink进行仿真。理论推导和仿真验证了所提方法在电压波形畸变时仍实时有效检测出正序基波相位。     

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。     

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。     

电网严重畸变情况下的锁相策略研究

针对传统三相软件锁相环PLL(phase-locked loop)在电网电压同时含有较低次谐波分量和负序分量等严重畸变情况下不能完成精准锁相的问题,提出基于滑动离散傅里叶变换DFT(discrete Fourier transform)滤波原理的新型三相软件PLL。滑动DFT算法可以准确地从含有各次谐波的电网电压中提取单位基波信息,再结合基于延时信号对消的基波正负序分量分离方法提取出基波中的正序分量,最后采用同步参考坐标系锁相环SRF-PLL(synchronous reference frame phase locked loop)得到基波正序相位信息。结果表明,新型锁相环在电网电压同时处于不平衡、含有高次谐波和低次谐波以及直流分量的情况下均能够完成精准的锁相。     

基于双dq变换正负序提取及锁相环的FPGA实现

对于并网型电能质量治理设备,如有源电力滤波器(APF),为了实现对电能质量的检测与治理功能,需要对三相电压基波的正负序进行快速准确提取。当电网电压发生不对称、畸变等情况时,能否快速准确获得基波电压的频率和相位信息将会大大影响电能质量治理设备运行性能。文中依据同步旋转坐标变换理论,采用双dq变换方法,通过低通滤波器(LPF)处理,实现对基波电压的正负序提取,在此基础上引入负反馈控制理论实现锁相环功能。依据此理论使用FPGA实现基波电压正负序提取及锁相环功能,经测试表明文中所设计的系统能够在三相电压出现不对称、畸变等情况时,快速准确实现基波电压正负序提取、以及基波频率和相位的锁定,能够满足有源电力滤波器对于电压频率、相位实时检测与设备控制保护的使用需求。