电网电压不平衡条件下三相锁相环的性能比较

快速准确地检测电网电压幅值、相位和频率信息是实现三相并网型电力电子变换器良好运行控制的前提。锁相环(PLL)作为目前使用最普遍的电网电压幅值、相位和频率的获取方法,其性能对于整个控制系统至关重要。本文在对三相软件锁相环基本原理进行分析的基础上,针对电网电压不平衡情况下基于单同步旋转坐标系的常规PLL检测的幅值和频率会存在较大2倍频谐波扰动的问题,深入研究了目前在电网电压不平衡条件下三相锁相环的设计思路和实现方法。最后,通过Matlab/Simulink仿真实验对各锁相环在电网电压不对称跌落的情况下的稳态和动态性能进行分析对比,归纳总结各锁相环的优缺点,以期为实际工程应用提供理论依据和参考。     

基于二阶广义积分单相锁相环的改进及实现

并网逆变器中锁相环(PLL)的精度与动态响应直接影响逆变器的性能指标。分析了传统二阶广义积分(SOGI)数字锁相环,针对其在频率突变时出现较大相位误差的问题,引入一个相位误差补偿进行算法改进。仿真和实验均表明,改进型SOGI算法在电网电压谐波含量高、幅度突变及频率突变情况下都具有良好的锁相精度及快速的时间响应。     

谐波畸变下一种快速单相锁相环技术

锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)作为逆变器并网运行的核心技术之一,为了应对电网在谐波畸变的情况下而形成的非理想电压,提高单相并网逆变器锁相环的工作性能,本文提出了一种基于前置滑动平均滤波器(Moving Average Filer,MAF)的单相锁相环。该单相锁相环采用二阶广义积分(Second Order Generalized Integrator,SOGI)算法作为单相锁相环的正交信号发生器(Orthogonal Signal Generation,OSG),并在其引入一个简易的锁频环(Frequency-Locked Loop,FLL)以自适应电网频率;最后在同步旋转坐标系下捕获电网电压的频率和相位信息,实现无静差同步跟踪。仿真结果表明,本文所提出的单相锁相环结构在谐波畸变的电网环境下,能准确快速地跟踪电网基波电压相位,验证了该方法的可行性。     

电网电压不平衡和谐波畸变下新型并网锁相环设计

针对日益增加的分布式能源并网,旨在设计一种新型的锁相环(PLL),以克服主流PLL在电网电压不平衡和谐波畸变下难以精确地锁定电压频率和相位的不足。由于电压不平衡静止坐标系下电压正负序交流分量存在耦合关系,采用交叉解耦双复系数滤波器(DCCF)结构提取和分离电压正负序分量。利用多变量滤波器(MVF)对输入电压基波正序分量幅值无衰减、零相移特性,将MVF结构引入交叉解耦DCCF结构中,设计一种新型的PLL结构,以增强在高谐波畸变下的滤波能力。最后进行Matlab/Simulink仿真,证明所提出的PLL在电压不平衡、电压频率阶跃和相角跳变下能够快速精确地锁定频率和相位,且比双复系数滤波器锁相环(DCCF-PLL)具有更好的滤波能力。     

基于改进二阶广义积分锁相的LVRT控制策略

在面对三相电网电压跌落、频率突变等复杂工况时,锁相环(PLL)的准确度与动态响应是光伏并网逆变器的重要性能指标。针对传统双二阶广义积分锁相环(DSOGI-PLL)中SOGI单元在电网频率突变时容易导致锁相准确度降低的问题,引入了一种补偿改进算法。仿真及试验表明,该系统可以更好地滤除电网谐波,快速、精确地锁定相位,在电压跌落时保护逆变器穿越故障,具有很强的电网适应性。     

电网谐波和不平衡对锁相环影响及改进策略

新能源并网发电系统中,准确获取电网同步信息是进行有效并网控制的基础,故提出了一种基于对称分量法的单同步坐标系改进型锁相策略。该策略利用改进的全通滤波器(APF)基于对称分量法完成电网电压正、负序分离,能够快速适应电网频率波动,再通过基于二阶广义积分器(SOGI)的自适应滤波器在采样信号相位不发生偏移时,快速稳定地抑制电网谐波,从而准确地获取电网电压的同步信息。在电网谐波和不平衡的条件下,所提锁相环(PLL)策略能够快速准确地锁定电网信息,且具有检测精度高、对电网波动适应性强等优点。     

一种自适应变惯量同步锁相控制策略

对于传统的基于同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL),电网电压相位非正常变化直接影响频率估计。文章分析了控制器参数对相位与频率的耦合关系影响,提出了一种变惯量同步锁相环(VISRF-PLL)。利用输入频差构建自适应函数,动态调整频率估计环节时间尺度,减弱前向通道的耦合效应。仿真与实验结果表明,所提方法能够降低过渡过程频率波动,提高系统响应速度,更适合频率敏感型变流器。     

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。     

基于双层控制和多SOGI的三相数字锁相环设计

针对电网中因电压不平衡、含有谐波分量而造成的传统锁相环基波相位跟踪失败,多SOGI的锁相环响应速度慢,有较大误差的问题,在多SOGI的基础上提出了双层控制(内分泌控制)策略。在电压不平衡、含有谐波的情况下分别进行仿真分析,仿真结果证明该方案比传统锁相环和多SOGI锁相环能更好地跟踪电网基波电压的相位,同时能有效地提取正、负序幅值,提高了并网发电系统并网的快速性、稳定性和有效性。     

基于自适应滑模观测器的新型快速锁相环设计

为了提高电力系统中各种装置控制器的性能,需对单相电网电压的相位和频率进行准确、快速估计,为此设计了一种用于单相电网电压的新型快速锁相环PLL(phase-locked loop)方案.新型PLL基于自适应滑模观测器实现了对频率和相位的估计.由单相电网电压状态空间形式可知,系统可观,并得到Luenburger观察器,进一...     

基于希尔伯特变换的暂态信号正弦表示分析方法

为了分析电力系统暂态信号特性和计算暂态信号导数,依据采样信号拟合暂态信号函数表达式是一种可行方法,但现有的暂态信号拟合方法还存在拟合函数确定性和可导性方面的不足.针对这一问题,提出了一种基于希尔伯特变换的电力系统暂态信号正弦表示分析方法,采用暂态信号的正弦表示构成拟合基函数,利用希尔伯特变换以满足拟合函数的确定性.与现...     

二阶广义积分锁相环在三电平SVG中的应用

针对NPC三电平静止无功发生器(SVG)的运行特性,设计了基于二阶广义积分器的锁相环(DSOGIPLL)的并网控制模型。利用二阶广义积分器(SOGI)对不平衡条件下电网电压进行正负序分离,结合二阶广义积分器频率自适应特征与同步坐标系锁相环(SRF-PLL)特征,完成了不平衡电网条件下的锁相设计。仿真结果表明DSOGI-PLL能在电网不平衡条件下快速、准确地跟踪电网电压的频率和相位,同时具有良好的频率自适应性。最后在以DSP与FPGA为控制器的SVG样机上验证了双二阶广义积分锁相环的可行性。     

不平衡电网下的改进型锁相环设计研究

针对电网三相不平衡时,常用锁相环方法存在电压测量偏移降低,检测准确度和抗低次谐波干扰能力弱的问题,提出一种基于改进型二阶广义积分器(Second Order Generalized Integrator,SOGI)的三相锁相环设计方案.分析了SOGI可提取出电压正序基波分量的原理;通过对SOGI进行频域特性分析,找到传...     

Digital Application of Second Order Generalized Integrator Based Grid Estimator Under Unbalanced and Distorted Voltage Conditions

Abstract

Frequency, amplitude, and phase information of the grid voltage are the main constraints for constructing a robust controller algorithm for grid connected applications under unbalanced and distorted voltage conditions. This paper narrates a simple, robust, straight forward method to estimate the instantaneous positive and negative sequence voltage components under unbalanced and distorted voltage circumstances. A second order generalized integrator (SOGI) is encapsulated to filter out the distorted voltage as well as to generate orthogonal voltage components for the three phases of AC grid. Furthermore, these filtered and orthogonal components are accounted for the calculation of instantaneous symmetrical components. Developed technique is more frequency adaptive compared to conventional phase locked loop (PLL) techniques. A set of test outcome results are provided in this paper based on MATLAB/Simulink simulations with real grid data captured from an industrial plant. Moreover, SOGI based estimator is digitally implemented by using dSPACE ds1103 digital controller to validate the numerical simulation results in accordance with the developed theoretical prediction.     

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.     

二阶广义积分器的三种改进结构及其锁相环应用对比分析

二阶广义积分器(SOGI)可以提取三相电网电压信号中的基波正序分量,通过锁相得到精确的电网相位信息。而SOGI本身存在对输入信号频率依赖性强的缺陷,为此提出三种改进型SOGI。对三种改进型SOGI进行详细的对比分析,并将其应用到锁相环(PLL)中。之后将三种改进型SOGI-PLL分别在电网电压不平衡、含有直流分量和含有高次谐波的情况下进行对比实验,可以证明改进Ⅲ型SOGI-PLL具有更好的电网适应性。最后,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性,并给出了结论。     

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。     

Compensation method of phase‐locked loop under unbalanced grid condition based on harmonic linearization

The voltage source converter (VSC) is often faced with unbalanced grid conditions that will degrade its performance because of the distorted current with a large amount of harmonics. One of the main parts of current distortion is the third‐order harmonics caused by the negative‐sequence voltage component at the fundamental frequency. The distorted output of the synchronous reference frame phase‐locked loop (SRF‐PLL) due to the unbalanced grid voltage is the main reason for the existence of the harmonics. This paper analyzes the mechanism of the generation of harmonics currents and proposes a compensation method for the PLL in VSCs based on the harmonic linearization method without changing the structure of SRF‐PLL. The proposed PLL can work properly under unbalanced grid conditions and has a good dynamic response. The third‐order current harmonics are reduced significantly by using the proposed PLL instead of the conventional SRF‐PLL without changing the current control strategy of VSC. The compensation method is verified by cycle‐by‐cycle circuit simulations and controller hardware‐in‐the‐loop experiments.     

基于下垂锁相的逆变器并网控制策略研究

采用电网电压前馈的并网逆变器,其滤波电感的感值、电流控制器的参数会影响逆变器并网功率因数.在电网电压前馈电流型并网控制策略的基础上,提出基于下垂特性的新型锁相环(phase-locked loop,PLL)控制方法,采用电网电压和并网电流相位差为反馈量调节锁相环的输出,可以实现并网逆变器单位功率因数运行,并且可以实现逆变器的反孤岛运行.给出该方法的控制框图,分析工作原理和锁相环下垂系数的选取方法,仿真和实验结果验证了该方法在改善逆变器并网功率因数和反孤岛能力方面的正确性和有效性.     

基于改进DSOGI-FLL的并网变流器多谐振解耦网络同步方法

电网电压基频正序分量相位和幅值的准确检测是三相并网变流器稳定运行的重要保证。针对传统单同步旋转坐标系锁相环在畸变或不平衡电网下锁相精度低的问题,文中利用双二阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)设计了一种多谐振解耦网络的电网同步方法。首先,分析了二阶广义积分器锁频环自适应提取电网电压基波和频率的原理;其次,详细分析了不平衡电网下DSOGIFLL的锁频响应特性,提出将负序电压分量考虑在内的增益标准化线性模型,以提升其在不平衡电网下的锁频性能;然后,设计了以DSOGI-FLL为基础的多二阶广义积分器谐振解耦网络,实现畸变及不平衡电网下基波电压信息的准确获取。仿真与实验表明,该方法在电网电压畸变或不平衡情况下均能准确获取电网电压基频正序分量的相位和幅值信息。