基于解耦双同步坐标变换的三相锁相环研究

提出了一种三相电压在三相电压不对称、频率突变、相位突变、注入谐波等不平衡情况下,准确锁定基波正序电压频率以及相位的方法。正(负)序同步坐标变换后,将产生二倍频交流分量,这个分量可以看作是由负(正)序电压分量导致的。通过提取负(正)序同步坐标变换下的直流分量,对正(负)序同步坐标变换下的二倍频交流分量进行补偿,构建了正负序解耦模块;同时,合理设计低通滤波器,滤除高次谐波分量,从而准确提取出了三相不平衡电压的正序基波分量。仿真结果表明,该方法能更快速准确的锁定基波正序电压的频率及相位。     

电压不平衡时风电系统中基于双同步变换的锁相环设计

快速准确地锁定正序基波电压分量的相位和频率是保证风力发电系统中网侧变换器、静止无功补偿装置安全可靠运行的基础.针对基于单dq坐标变换的锁相环在电压不平衡和畸变时动态过程较差等问题,提出一种基于解耦双同步参考坐标变换的锁相环设计方法,通过双dq变换和解耦计算检测出不平衡电网电压中正序分量和负序分量,从而消除电压不平衡的影响.在电压不平衡、电压畸变、频率突变和单相接地情况下进行了仿真和实验研究,结果验证了所提方法的正确性和有效性.     

一种改进的三相不平衡电压暂降检测算法

目前电压暂降成为了影响电能质量的主要因素,对电网电压进行快速且准确地检测是进行电压暂降治理的前提。文中针对三相不平衡电压暂降,依据对称分量原理提出了一种改进的三相不平衡电压暂降的检测算法。该算法在双dq变换的基础上,首先将所检测的电压信号进行正序负序坐标变换,而后通过三个连续的采样点对坐标变换后dq坐标系下的正序、负序分量中的直流成分进行快速提取,继而通过幅值与相位的计算可分别求得电压正序、负序电压的幅值与相位。最后,MATLAB/Simulink仿真结果验证了该方法的先进性与有效性。     

同步相位与瞬时对称分量的检测新方法

电网不对称故障时,快速、准确地检测同步相位和对称分量,是基于电压源逆变器的灵活交流输电系统(FACTS)装置实现控制与保护的关键问题之一。在分析传统三相锁相环工作原理和负序分量影响锁相环(PLL)检测性能的基础上,设计了一种同步相位与对称分量的一体化实时检测新方法。该方法在正负序同步坐标系下采用电压前馈补偿实现对称分量的检测,用测得的基波正序电压q轴分量作为锁相环的输入,用锁相环的输出相位作为同步坐标变换的参考相位。并分析了该方法实现的机理,给出了检测电路的实现框图,同时进行了实验验证。结果表明,该方法既能在电网电压不对称时准确检测同步相位和对称分量,又能消除交流系统频率变化对检测同步相位和对称分量的影响。     

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。     

基于FBD法的基波正负序电流实时检测方法

为了快速、有效地检测电气化铁道供电系统中的基波正、负序电流和高次谐波电流,文中提出了一种基于FBD(Fryze-Buchholz-Dpenbrock)法的电流实时检测方法。利用锁相环跟踪三相不对称或畸变电压的某一相,获取其频率和相位信息,以此构造基波正序参考电压和基波负序参考电压;利用构造的正、负序参考电压和检测出的三相电流求得对应的正、负序等效电导;对电导进行低通滤波器滤波,获取其正、负序直流分量;将电导的正、负序直流分量乘以相应的正、负序参考电压,即可获得基波正、负序电流;从总电流中减去基波正、负序电流即得到谐波电流。由于该方法只需要检测系统三相电压中一相的基波频率和相位,因此可应用于系统电压不对称或畸变的情况。该方法无需Park变换和dq变换,计算量较小。仿真结果证实了该方法的正确性和有效性。     

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。     

不对称电网电压下MMC-HVDC系统功率波动抑制策略研究

电网电压不对称时,在基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)系统中,针对MMC交流侧输出产生的有功功率和无功功率二倍频波动问题,提出了将电网电压、电流均变换至正序dq坐标系下进行电流参考值计算的控制策略,可同时抑制MMC交流侧输出的有功功率和无功功率的二倍频波动。此外,电网电压不对称时,在正序dq坐标系下,电压d、q轴分量中除直流分量外,还将含有由负序分量引起的二倍频分量。若在锁相环的设计中不考虑此二倍频分量,则电网电压不对称时系统整体控制性能将会受到影响。据此设计了基于二倍频陷波器的频率自适应锁相环,在电网电压不对称情况下可准确锁定正序电压相位,并计算电网正序电压幅值及负序电压在正序d、q轴上的分量值,用于所提控制方法中的dq变换及功率波动抑制环节中电流参考值的计算。最后通过仿真验证了所提方法的可行性和有效性。     

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αβ分量滤波直接解耦风电并网锁相环设计

准确锁定电网电压的频率和相位是风力发电友好并网的重要前提之一。在此领域创新性地引进基于αβ分量滤波的直接解耦三相锁相环技术。首先利用正交信号发生器(QSG)对正序和负序分量进行正交变换和滤除谐波。其次,通过直接解耦法对电压分量(Vα和Vβ)基波正负序分量进行解耦并经过低通滤波器再次滤波,进而得到所需的三相电压正序基波分量。最后,根据设计的理论结果,利用仿真软件分情况对电网故障进行技术应用效果仿真,并与当前正在应用的风电并网系统中的基于双同步解耦坐标变换的锁相环技术进行性能对比。结果表明,基于αβ分量滤波的直接解耦三相锁相环有更好的频率与相位跟踪特性,更有利于风力发电系统电网侧变流器同步并网。     

新型高压直流输电系统接入三相不平衡电网分析

新型高压直流输电系统接入三相电压不平衡电网时会遇到直流电容电压出现2倍工频纹波的问题,从而导致换流器性能下降,影响整个系统的正常运行。若只考虑基波电动势,使用对称分量法可以将不平衡电压分解成对称的正序和负序2部分,而这2部分平衡且相互独立。换流器d、q轴分量是直流正序分量与2次交流谐波的负序分量之和,参考在电压平衡情况下的数学模型,可以得到三相电压不平衡情况下电压源型换流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型,这个数学模型包含正序和负序2个部分。由三相输入的复功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通过正序电流和负序电流分别独立控制的双电流闭环控制方法使其为零,从理论上就可以消除直流电容电压的2次纹波。利用电力系统仿真软件Matlab/Simulink对系统进行仿真,结果表明,双电流闭环的控制方法可消除直流电压的纹波,保证了新型高压直流输电系统在电压不平衡的情况下仍然具有良好的性能。     

基于改进的同步旋转参考坐标变换的静止无功补偿装置

静止无功补偿器(SVC)用于负荷补偿时,补偿导纳的计算对其补偿性能有着重要的影响。笔者提出了一种基于改进的同步旋转参考坐标变换的补偿电纳计算方法。该方法利用电网电压中的一相电压构造虚拟的对称三相系统,由其形成的合成矢量作为同步旋转坐标系中的d轴,将负载电流矢量投影到电网电压矢量上,通过低通滤波器后便可得到正序电流和负序电流,由此可以准确计算所需的补偿电纳。该方法计算简单,基于该法的静止无功补偿器不需要硬件锁相环,能够快速、准确地补偿负荷的无功功率,维持电网电压的稳定。仿真和实验结果证明了所提补偿电纳计算方法的可行性和有效性。     

解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法

在新能源发电并网中,并网变换器需根据电网运行状态实施相应的控制以保证其安全可靠运行。需要对电网电压的频率和相位实现快速准确的检测,同时还需要为变流器的并网运行提取出正负序分量。本文针对解耦双同步参考坐标系锁相环在谐波情况下频率检测结果和同步效果差的问题,提出了一种解耦多同步参考坐标系电网电压同步信号检测方法。该方法通过正负序dq轴系以及低次谐波的dq轴系分解,实现了多轴系dq分量的解耦,可以在电网电压不对称和含有谐波分量的情况下,快速提取出电网电压的频率和相位信息,同时还可得到正负序分量的dq轴变换结果。实验结果表明提出的方法在电网电压不对称、频率变化和含有多次谐波情况下均具有很好的同步效果。     

电网不平衡条件下的光伏并网发电控制策略

分布式发电系统通常呈现弱电网状态,容易出现电网电压不平衡的情况,此时由于常规控制方案不能处理负序分量,将影响系统内并网逆变器的正常工作。为此,提出了一种解耦双同步坐标系用于获取不平衡电压的正序相位和负序相位;接着分析了不平衡电网下的瞬时功率模型,且通过一个负序分量正序旋转变换矩阵将需要补偿的负序分量注入正序控制坐标系,并引入准谐振控制器对负序分量进行无差跟踪和抑制电网电压谐波的影响;进而实现直流侧电压纹波的抑制,保证最大功率点跟踪精度和较小的并网电流总谐波畸变率。最后,搭建了一个10kW光伏并网逆变器实验平台验证了该方案的正确性和可靠性。     

交流电网不平衡情况下电压源换相直流输电系统的控制策略

推导了交流电网不平衡情况下电压源换相高压直流输电系统(voltage source converter based high voltage direct current transmission，VSC-HVDC)电磁暂态模型，提出了适用于该场合的抑制直流电压二次波动的控制策略。通过分析αβ坐标与dq+和dq-坐标之间的变换关系，得出结论：在正序旋转坐标下正序分量为直流量，负序分量是频率为100 Hz的交流量；而在负序旋转坐标下负序分量为直流量，正序分量是频率为100 Hz的交流量。通过简化交、直流侧电路，建立考虑换相电抗器损耗的交流系统不平衡情况下VSC-HVDC系统电磁暂态数学模型。为了抑制发生不平衡故障时直流电压的二次波动给VSC阀和直流电容器产生额外应力等问题，设计基于正、负序旋转坐标系的双电流内环控制器和直流电压外环控制器。仿真结果证明所提出的数学模型正确、可靠，所提出的控制策略能够有效地抑制直流电压二次波动。     

消除直流分量影响和谐波干扰的并网同步方法

在电网发生故障时,如何快速、准确的检测出电网同步信号,对逆变器电力电子控制至关重要。提出了一种基于多重复数滤波器(MCCF)与锁频环(FLL)的电网同步技术,复数滤波器分离出故障电网电压的正负序分量及谐波,锁频环进行电网锁相跟踪,并加入直流分量反馈环节。当电网故障时本文所提结构可以自动地在短时间内准确地跟踪电网电压频率,准确提取故障时电网电压正、负序分量和谐波成分,消除直流分量的影响,且具有较快的动态响应速度.确保并网电力电子器件的稳定、可靠运行。