解耦双同步坐标系下单相锁相环技术

针对单相并网变换器的同步问题,提出了一种基于双同步坐标系的锁相环。将单相输入信号等效为αβ静止坐标系下的正序正交虚拟分量和负序正交虚拟分量之和,通过自解耦网络消除负序基波分量的影响,无需正交信号发生器就可获得输入信号的幅值、相位和频率信息。分析了输入信号存在直流分量、谐波分量、相角突变和起始阶段相角未知等因素对锁相结果的影响,给出了相应的抑制方法。仿真和实验结果表明:在各种非理想电网状态下,该算法都能快速、准确地提取电网电压基波分量的幅值和相位,实现同步信号的检测。     

一种改进型二阶广义积分锁相环研究

在锁相环(PLL)中直流分量的存在,会导致检测结果中相位和频率出现基频振荡。由于其频率较低,消除直流分量是一个很具有挑战的任务。针对采用二阶广义积分器(SOGI)构建正交信号发生器(QSG)时会带来较大谐波,提出改进的SOGI方法,即增加一个积分环节,在不影响其他部分功能的前提下,将直流分量提取出来,并对其结构性能及参数设计进行了分析设计,最后仿真和实验结果证明了所提方法的正确性和有效性。     

电网畸变条件下的单相快速频率自适应锁频方案

分布式并网逆变器的同步控制和主动式孤岛检测需要电网基波频率的准确检测。为了提高在电网畸变环境下频率检测的准确性,基于单相分布式并网系统,提出一种能够在电网畸变条件下具有快速动态响应的频率自适应锁频方案。在该方案中,借助所提的改进型正交信号发生器和级联复数滤波网络分别实现直流分量和谐波扰动的有效消除和抑制。为保证所提方案在频率突变情形下仍然具有精准的性能,在αβ坐标系下构造了具有快速动态响应的频率自适应控制器,实现对电网基波频率的快速跟踪。方案的可行性通过仿真及实验结果得到验证。     

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。     

改进型混合PLL在矩阵整流器中的应用

分析了矩阵整流器的数字控制策略,针对电网三相不平衡时相位难以准确锁定的问题,基于两相静止α,β坐标系锁相环(PLL)技术,提出一种能够分离并跟踪两相静止α,β坐标系下网侧电压正序分量的改进型PLL算法,即延时信号消除αβ-PLL(DSC-αβ-PLL)。通过详细的理论分析和公式推导,结合仿真及实验对所提改进型PLL应用于矩阵整流器进行了验证。结果表明,该技术能够使矩阵整流器在三相不平衡故障下稳定、快速地跟踪并锁定电网的相位和频率信息,实现单位功率因数。     

两相静止坐标系下基于改进型双二阶广义积分器的锁相环控制策略

由于分布式新能源和多样化负荷广泛接入电网,传统基于单同步旋转坐标系的锁相环（SRF-PLL）结构在复杂工况下无法准确地跟踪电网相位、频率等参数,因此本文提出一种在两相静止坐标系下基于改进型双二阶广义积分器（DSOGI）的锁相环控制策略。首先,采用级联谐振滤波器处理低频段奇次谐波,在二阶广义积分正交信号发生器（SOGI-QSG）的基础上添加直流偏置滤除支路,在消除直流扰动、实现正负序电压解耦分离的同时,优化对高频段谐波的抑制;然后,构建αβ锁相环（PLL）结构,基于小信号控制模型优化动态响应性能,提高锁相精度;最后,通过Matlab/Simulink仿真对比,证明了改进型锁相环控制策略的有效性。     

计及直流偏置和谐波影响的单相电网电压同步频率准确检测

对分布式发电系统中的并网逆变器而言,频率检测是一项非常重要的技术。然而电网电压中的直流偏置和谐波会影响频率检测的精度。针对此问题提出了一种计及直流偏置和谐波影响的单相电网电压同步频率准确检测方案。方案中通过改进基于二阶广义积分器的正交信号发生器(SOGI-QSG)和引入自适应复数滤波器来分别消除直流偏置和谐波的影响,为了保证所提方案在电网频率突变情形下仍然具有良好的动态响应性能和准确的检测结果,在αβ坐标系下构建了稳健的频率自适应控制器。通过仿真和实验,对方案的可行性和有效性进行了验证。     

正交分量动态生成的单相锁相环

针对单相并网变流器的同步问题,为在获得零稳态误差的同时达到频率自适应的目的,结合Park变换的特点,提出一种用于同步单相电网信号的单相Park变换锁相环(PLL)。所提出的PLI同时具备对输入信号相位和频率的实时检测,并且使用动态正交分量生成模块,利用PLL的相位输出,通过查正弦表动态生成待锁相信号的正交分量,更适宜数字控制器实现。各种工况下的实验验证了所提出的单相Park变换PLL的可实现性,实验数据充分说明其在保证高精度相位输出的同时具备频率自适应特性。     

弱电网下PLL结构引入的不对称正反馈环路对并网逆变器稳定性的影响分析

弱电网下锁相环(phase-locked loop,PLL)结构引入的不对称正反馈机制会恶化并网逆变器(grid-connected inverter,GCI)系统的稳定性。在相同的主电路参数与控制环参数下,通过分别构建dq域与αβ域下GCI控制环路的小信号模型,αβ域下GCI相较于dq域少引入1条PLL正反馈环路。分析比较αβ域下GCI系统的稳定性强于dq域的原因,并对PLL结构引入的不对称正反馈环路在小信号模型中的位置差异性进行解析,揭示不同位置的不对称正反馈环路对GCI稳定性的影响程度与影响机理。最后,通过仿真与实验验证本文所提分析方法的正确性与有效性。     

基于二阶广义积分的变流器电网同步法

在电网侧三相不平衡条件下发生电压跌落和频率波动时,为保持控制系统中变流器正常工作和实现风机的低电压穿越,现使用基于二阶广义积分的方法对上述两种电网不平衡故障条件下的正序电压和相位进行快速精确的检测。此电网同步检测系统主要由三个基本功能块组成：1）正交信号发生器（QSG）;2）正序分量计算模块;3）锁相环（PLL）。利用基于双二阶广义积分的方法搭建了QSG模块,为此,这个电网同步检测系统命名为SOGI-PLL。通过在PSIM软件中搭建仿真模型对基于该方法的PLL进行了验证,结果表明：对于两种电网不平衡故障条件下的正序电压分量及相位,系统能较快地检测出正序分量和相位信息,故障响应时间控制在毫秒级别;且实现了频率自适应检测,跟踪误差小于2%。     

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。     

改进型双二阶广义积分器锁相环

在电网电压中含有一定的直流分量时，由于双二阶广义积分器锁相环(dual second-order generalized integrator PLL, DSOGI-PLL)系统对直流分量的衰减不足将导致其检测到的电网同步信号存在较大波动，其中频率与相角的大幅波动可能导致系统锁相失败。针对此问题提出改进方案，通过在已有系统中引入一个调节量使其对直流分量有更大的衰减，同时系统的动态性能、滤波效果并未受到损失。最后在电网电压存在直流时进行仿真分析，结果表明传统DSOGI-PLL的性能得到进一步提升。     

无正交虚拟信号生成的单相DQ锁相环研究

针对单相并网变流器的同步问题,为了在获得零稳态误差的同时消除对正交虚拟信号生成的需要,结合同步坐标变换的概念,提出一种用于同步单相电网信号的双派克变换锁相环(phase-locked loop,PLL).将单相信号等效为两相恒为零的三相信号,从而将对称正序分量、对称负序分量和对称零序分量的概念引入单相信号分析中.根据三相对称相量分解合成理论对单相信号进行分析,获得了单相信号正、负序同步变换结果之间的关系.通过自解耦,而非生成正交虚拟信号,获得单相信号与锁相结果之间的相位差,同时可获得单相输入信号的幅值.仿真和实验结果表明,所提出的单相锁相环可以准确获得输入信号的相位,消除锁相输出中的稳态误差;输入信号幅值、相位和频率阶跃条件下的仿真和实验证明了所提出锁相环的有效性和稳定性.     

基于新型高频注入的永磁同步电机无传感器控制

脉振高频电压注入法(PHFVI)利用在电机中产生的凸极效应有效解决了电机无传感器控制在零低速范围内的许多难题。针对永磁同步电机(PMSM)在零低速范围内的PHFVI控制策略存在的动态性能差及估计误差大问题,在传统方法的基础上,提出了一种新型PHFVI,在对高频信号的电流响应进行信号解调时,同时考虑了估计同步坐标系中的直轴分量与交轴分量,且转速与转子位置的获取过程中使用了锁相环(PLL)技术,理论分析并建立PMSM数学模型后,对PLL的设计过程进行了严格的推导。最后,对整体设计方案进行了全面的仿真,仿真结果证明PMSM在新型高频注入法下的动态性能更好,估计误差更小,鲁棒性更强。     

基于αβ变换和自适应卡尔曼滤波的任意次谐波电流检测

为了实时准确地检测实际电力系统的谐波电流信号,提出了一种基于αβ变换和自适应卡尔曼滤波的任意次谐波电流检测方法.该方法首先对三相电流信号进行归一化处理,然后通过αβ变换将含有谐波和噪声的三相不对称电流信号分解为两个互相垂直的αβ分量,建立含有基波和谐波正负序分量的卡尔曼滤波状态方程,通过改变状态方程的参数可以实现任意指定次谐波的检测.最后利用卡尔曼滤波算法快速准确地检测三相不平衡电流信号的基波分量和任意次谐波分量.通过自适应修正系统噪声方差阵Q,降低模型误差并有效抑制滤波发散现象.MATLAB仿真结果证明了该方法的有效性.     

基于三相VSI的SVG动态建模与仿真研究

基于电压源逆变器(VSI)的静止无功发生器(SVG)直接应用PWM控制技术,具有动态无功功率补偿、稳定节点电压、阻尼系统振荡等多项先进功能,同时结构紧凑、易于控制、谐波含量小且功率密度大。先定义二值逻辑开关函数,再建立SVG在abc三相坐标系下的四阶动态数学模型,然后利用坐标变换得到了αβ与dq坐标系下SVG的三阶动态数学模型。该模型可以详细描述SVG的动态工作过程。SVG在αβ坐标系下的模型中两电流分量不存在耦合,便于控制系统设计。α轴分量与β轴分量(或d轴分量与q轴分量)正好是有功电流分量与无功电流分量,从而有利于对SVG的瞬时有功功率与瞬时无功功率分别进行控制。应用MATLAB对采用滞环电流跟踪控制的±150 kVA SVG在感性负载与容性负载两种情况下进行了仿真研究,仿真结果验证了所建数学模型的准确性与正确性,同时证明了基于VSI的SVG具有良好的动态性能与静态补偿效果。     

抑制电网谐波和直流电压的新型锁相环研究

针对在电网电压含多次谐波和直流电压时解耦双同步参考坐标系锁相环(DDSRF-PLL)对频率和相位锁定存在较大偏差,本文提出一种新型锁相环,该锁相环在dq信号正负序解耦前添加新型正交信号发生器(SOGI-QSG)来滤除谐波和直流电压,为解耦双同步参考坐标系锁相环提供稳定的αβ信号,从而提高锁相环抑制谐波和直流电压能力。对该锁相环Matlab/Simulink仿真研究并与解耦双同步参考坐标系锁相环和添加传统正交信号发生器的解耦双同步参考坐标系锁相环进行对比,验证了该锁相环在电网电压含多次谐波和直流电压时能够滤除电压谐波和直流电压,锁频锁相效果较好,有效提高了系统稳定性和可靠性。     

基于反Park变换的不平衡锁相环设计研究

为实现不平衡电网下正序基波电压相位和幅值的快速、准确获取,本文提出一种基于反Park变换的三相锁相环设计方案。首先,提出一种基于反Park变换的正交信号发生器实现方案;然后,对前述方案进行了详细的数学分析,从理论上证明了所提方案可以有效进行信号正交处理,并给出其关键参数的设计方法;接着,以该正交信号发生器为基础,构建适用于电网不平衡条件下的三相锁相环;最后,通过搭建PSCAD仿真模型在多种电网环境下对本文所设计锁相环进行性能测试,仿真结果表明该锁相环具有良好的适应性,能快速、准确地锁定正序基波电压的相位和幅值。     

具有精确幅值积分特性的正交信号发生器

针对二阶广义积分器(SOGI)在快速瞬态响应的情况下幅值积分过程不理想、参数设计困难的问题,提出一种具有精确幅值积分特性的正交信号发生器.首先,从一阶系统(FOS)的角度分析SOGI-QSG的动态响应.其次,对广义正交积分器(GI-QSG)的动态响应存在的问题做进一步分析.结果表明,SOGI-QSG的时域响应不仅与增益有关,还受到输入信号参数的影响.为解决此问题,提出基于精确幅值积分器的正交信号发生器(AMI-QSG),与SOGI相比,AMI对正弦信号具有更优异的幅值积分性能,并且其幅值响应更接近FOS,因此其参数设计可以参考FOS,使参数设计更加简单.此外,还可以方便地调整AMI-QSG的结构来抑制直流分量和提取谐波分量.最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的优越性.