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.     

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。     

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%。     

适用于电网不平衡时的广义积分器锁相环设计

为准确快速检测出电网电压的幅值、相位和频率,在分析对称分量法及单同步坐标系锁相环基本原理的基础上,提出了广义积分器锁相环的设计方法。这种方法在αβ坐标系下对电网电压进行正、负分序,进而锁定正序电压的相位和频率。并且使用Matlab/Simulink环境分别对单同步坐标系锁相环和基于广义积分器锁相环进行仿真研究,仿真结果表明广义积分器锁相环在电网不平衡时能够准确提取电网信号的幅值、相位和频率,频率自适应性良好且对低次谐波有一定的抑制作用。     

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。     

改进的解耦双同步坐标系锁相环的设计与实现

微网中的电压可能会存在较大的谐波和不平衡,因此要求锁相环(PLL)能够迅速、准确地确定电网正序电压的相位。提出的改进型解耦双同步坐标系PLL通过在q轴加入6次谐波的陷波器,可抑制电网中的5次负序电压和7次正序电压对锁相的影响。锁相程序在相位变化较大时改变正弦表的指针,在相位或频率变化较小时调节DSP周期寄存器。实验证明了该锁相方法的有效性。     

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。     

复杂电网环境下的双解耦锁相环设计

在复杂的电网环境下,常会出现电压三相不平衡、谐波侵入、直流量混入等问题,此处提出了一种基于双解耦结构的锁相环(PLL).在双解耦同步锁相环(DDSRF-PLL)的基础上,利用改进型二阶广义积分器(SOGU滤除多次谐波及直流量,结合双解耦环节对电网电压进行正负序分离,完成了复杂电网环境下的PLL设计.实验结果表明,双解耦结构的PLL在复杂电网环境下具有良好的动态响应性和稳定性,能对电网电压的相位和频率进行快速准确锁定.     

电网电压不对称条件下的电压同步信号的检测

在分析传统软件锁相环工作原理和负序分量影响锁相环检测性能的基础上,提出了一种改进的软件锁相环,设计了一种在传统软件锁相环的基础之上,正负序分量分离的方法来消除负序分量的干扰。理论分析和仿真试验结果表明了其可行性,该方法能够消除负序分量转换而来的2次谐波,在动态相位跟踪及不平衡电压检测方面的性能有了显著改善。     

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。     

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。     

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。     

电网故障下风力发电系统网侧电压同步信号检测

风力发电系统网侧变换器的并网性能依赖于高性能的同步检测系统,尤其是在电网电压故障情况下快速而准确地提取同步信号。在双同步参考坐标系下提出一种基于二阶广义积分器(SOGI)的新型锁相环,消除了dq变换中电网电压不平衡和低次谐波产生的2倍频和谐波变换交流分量带来的影响,实现了对基波电压同步信号的检测。MATLAB仿真和试验结果表明:该方法能快速有效地实现对基波电压正、负序分量以及电压频率、相位的提取。     

基于解耦的双同步坐标系的三相锁相环设计

快速准确地跟踪电网电压是并网变换器稳定运行的保障。针对传统锁相环在电网电压畸变或不平衡下,不能实时并精确检测出基波正序分量幅值和相位的问题,提出了一种基于解耦的双同步坐标系(DDSRF)的三相锁相环设计方法,该方法通过引入解耦的双同步坐标系分离出基波正序分量,实现了基波正序分量的精确检测。仿真结果表明该三相锁相环能够在电网不平衡和畸变时快速准确地检测出电网电压基波正序分量的幅值和相位。     

针对电网不平衡与谐波的锁相环改进设计

在新能源并网发电系统中,准确地提取电网电压的频率、相位和幅值等电网同步信号是实施有效控制的基础。针对电网不平衡与谐波条件下电网同步信号的检测需求,提出了一种静止坐标系下的改进型锁相环设计方法。该方法采用谐振器提取并滤除电网电压中的高频谐波,结合自适应陷波器(ANF)与正负序消除环路(PNSC)完成电压正负序分离,进而准确地提取电网正序电压的同步信息。仿真和实验结果表明,在不平衡与谐波电网条件下,所设计的锁相环能够快速准确地锁定电网电压的属性,且具有检测精度高、对频率波动鲁棒性强等优点,可为新能源并网发电控制提供可靠的基准信号。     

新型固定角速度同步参考坐标系三相PLL算法

针对三相锁相环(PLL)算法易受三相电压不平衡与谐波影响的情况,提出了一种新型基于固定角速度同步参考坐标系(SRF)的三相PLL算法。该算法是一种开环算法,它通过建立角速度固定的SRF,将三相电压信号转换为d,q向量,之后依据该向量与d坐标轴之间的角度得到三相电压的相位信息。该方法能在输入信号幅值、相位发生变化及频率产生偏差的情况下,实时且精确地检测到相位角信息。此外,为克服三相电压不平衡与谐波对锁相性能的干扰,采用滑动滤波器算法对d,q向量进行滤波处理,之后再求取输入信号的相位信息。最后仿真与实验证明了该算法在三相电压发生幅值、频率、相位突变及三相电压不平衡且含有谐波等情况下的有效性。     

电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分量分离新方法

针对传统锁相环(PLL)在电网电压不平衡及谐波畸变下利用常规软件锁相环不能准确获取相位的问题,提出了一种新的正负序分量分离新方法。利用了相序解耦谐振控制器能去除高次谐波和延时信号消除(DSC)法可滤除特定谐波的特性,将相序解耦谐振和延时信号消除法结合起来,达到更好的正负序分量分离的效果。最后,采用MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了所提出方法的可行性和有效性。     

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。