一种适用于频率变化的单相数字锁相环

基于传统的单相电网电压相位检测方法在频率变化时存在的缺陷,提出了一种新型的数字锁相环设计方法。所提出的数字锁相环通过带遗忘因子的递推最小二乘法进行椭圆拟合辨识出椭圆参数,应用锁相环产生不对称相位输出,消除电网频率变化时鉴相输出的2倍频分量。推导出不对称相位和椭圆参数的关系,设计带遗忘因子的递推最小二乘法,最后给出仿真和实验结果,仿真和实验结果验证了该方法的准确性。     

考虑频率变化的基于DFT单相数字锁相环的椭圆拟合方法

针对传统的DFT单相锁相环在电网频率发生变化时存在锁相性能变差问题,提出了一种考虑频率变化的基于DFT单相数字锁相环的椭圆拟合方法。采用带遗忘因子的递推最小二乘法进行椭圆拟合辨识出椭圆参数,再由锁相环产生正、余弦输出,实现了基于虚拟两相正交电压矢量的单相数字锁相环控制。通过Matlab对电网电压的频率波动、相位突变以及谐波注入等参数变化的影响进行了仿真。最后,通过实验结果验证了该方法的有效性,具有较好的稳态性能和动态特性。     

一种适用于电网不平衡故障情况的数字锁相环

针对传统的三相电网相角检测方法在电网波动及故障 情况下存在的不足,提出了一种新型数字锁相环设计方法. 所提出的锁相环在正、负序双同步坐标系下,采用移相控 制器来消除电网不平衡电压带来的两倍电网频率扰动影响. 针对电网频率偏移造成的移相偏差,采用变周期采样方法 使系统有效跟踪电网频率的变化.通过这种新型锁相环, 可以准确快速地检测电网电压的正、负序分量的幅值、相 位和频率.详细介绍了这种数字锁相环的工作原理及其设 计方法,并对所提出的理论在实验室基于DSP的模拟平台 上进行了实验验证,实验结果证明了其可行性.     

无锁相环三相电压暂降检测

针对基于dq变换法的电压暂降检测方法易受锁相环输出信号误差影响的问题,提出了无锁相环三相电压暂降检测方法。首先通过瞬时对称分量法及坐标变换在αβ坐标系下建立含电压正序、负序分量的检测模型,该模型引入90°超前移相算子;然后采用无迹卡尔曼滤波算法构建离散电压暂降检测模型,借用正余弦90°的关系实现移相算子;最后利用MATLAB/Simulink对所提方法在三相电压平衡与不平衡故障中的应用进行仿真,仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

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。     

解耦混合坐标系并网逆变器电网同步方法

针对电网电压直流分量扰动影响电网同步精度的问题,提出一种解耦混合坐标系电网电压同步方法。首先分析了传统旋转坐标系锁相环的原理及存在的问题,在此基础上,将直流分量视为频率为"0Hz交流量谐波",并结合多旋转坐标系锁相环,提出静止坐标系结合多旋转坐标系的解耦同步方法。文中从系统稳定裕度、抗扰特性和动态性能等方面对锁相环参数进行了设计。最后在电网电压畸变不平衡且存在直流分量扰动情况下进行了仿真和实验研究。实验结果验证了所提出方法的可行性和有效性。     

基于复系数-延时信号消除法的锁相环设计

针对电网电压不平衡和谐波污染等复杂工况下传统软件锁相环锁相精度不足等问题,提出一种新型软件锁相环的设计方法。文章分析了传统锁相环的基本原理,对电网频率、锁相环输出频率、相位差对锁相性能的影响进行了研究。通过在两相静止坐标系中施加复系数滤波环节抑制电网高次谐波和负序分量的影响,再利用级联延时信号消除法滤除较低次的特定次谐波。通过仿真结果分析表明所提出锁相环具有良好的动态特性和锁相精度,可以在电网电压不平衡和谐波污染等复杂工况下快速准确完成锁相。     

风力发电系统中电网同步改进型锁相环设计

针对风力发电系统中电力电子变流器同步信号检测中所存在的问题,提出了一种结合单相锁相环(MPLL)、正序电压计算单元和同步参考坐标变换锁相环(SRF PLL)的改进型锁相环设计方法。该方法采用2个MPLL来检测电网电压的α和β分量及其移相90°的电压信号,采用正序电压计算单元来检测正序电压分量,经SRF PLL锁定正序电压的相位,从而消除电压不平衡对检测结果的影响。且MPLL和SRF PLL的2次滤波对谐波有较强的抑制作用。此外,根据改进型锁相环的结构模型导出了正序电压分量检测的运算关系,进行了SRF PLL锁相环的控制器参数设计,给出了MPLL参数的系统化设计方法。仿真和实验结果表明,在电压不平衡、电压畸变、频率突变和单相接地情况下,所设计的锁相环均能够快速准确地锁定正序电压基波分量的相位,为风力发电系统控制提供可靠基准。     

复杂电网工况下基于CDSOGI-SPLL的电网电压同步方法

传统锁相环技术在三相电网电压含有直流分量、发生不对称故障以及严重畸变条件下,其检测精度受到直流分量、负序分量及谐波分量的干扰,将不能准确跟踪电网电压频率和相位。针对这一问题,提出一种将相序解耦谐振(SDR)控制器和改进的级联双二阶广义积分器软件锁相环(CDSOGI-SPLL)相结合的锁相方法。该方法首先利用SDR控制器将正负序分量进行分离,然后引入改进的级联双二阶广义积分器(CDSOGI)对正负序分量进行二次分离和谐波抑制,并消除直流分量对CDSOGI输出正交信号的影响。仿真和实验结果表明,在三相电网电压含有直流分量、不平衡和严重畸变情况下,所述方法可以实现电网电压同步信息的准确采集。     

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。     

一种单相锁相环的数字实现

分析了单相并网系统锁相环的基本原理和特性。介绍了一种基于二阶广义积分器构造α,β静止坐标系下的电压矢量方法。参照三相并网系统基于α,β静止坐标系到d,q同步旋转坐标系的数字锁相环原理,实现了基于虚拟两相直角坐标系的数字锁相环控制。采用同步采样技术抑制电网频率波动对该方法的影响,提高数字锁相环工作的频率范围。利用Matlab软件对电网电压频率、相位角的突变、谐波注入等参数变化的影响做了仿真研究。在此基础上,搭建了以TMS320F28015DSP为控制核心的实验装置,仿真实验结果表明,该锁相环可以很好地跟踪系统频率的变化从而实现相位的锁定。     

基于频率自适应改进型梳状滤波器的并网锁相环技术

将梳状滤波器应用于并网锁相环技术中。针对梳状滤波器锁相环(CF-PLL)动态响应慢的缺点,引入校正环节,得到改进型梳状滤波器锁相环(ICF-PLL)。基于ICF-PLL的s域模型,提出了ICF-PLL调节器参数的整定方法。为提高ICF-PLL对电网频率变化的抗扰动能力,提出一种基于频率自适应改进型梳状滤波器的锁相环(FAICF-PLL)和其数字实现方案。仿真和实验结果表明,FAICF-PLL在电网电压发生频率脉动、相角变化、畸变谐波和不平衡跌落时均能准确地跟踪电网电压相位,具有良好的稳态和动态性能。     

不平衡电压下VSG无锁相环并网及运行控制策略

针对并网逆变器在不平衡电压下电流畸变严重和锁相环节复杂等问题,文中设计了一种基于改进虚拟同步机(VSG)的逆变器无锁相环控制策略。重点研究了VSG在不平衡电网电压下的运行控制方法,设计了一种基于比例积分谐振(PIR)控制器的改进VSG控制策略,在不改变VSG外特性的基础上有效抑制了逆变器输出电流的不平衡分量。同时,提出一种基于虚拟功率的VSG预同步控制策略,保证VSG孤岛转并网模式的无缝切换。整个控制过程不依赖锁相环,避免了锁相环对系统控制精度以及响应速度的影响,降低了控制系统的复杂度。最后,基于RT-LAB的实时仿真平台对所提控制策略进行了验证。     

电网电压不平衡时基于二阶广义积分器SOGI的2倍频电网同步锁相方法

为了实现逆变器在电网电压不平衡时的控制并网,提高锁相环节的速度和精度,本文基于二阶广义积分器(second order generalized integrator, SOGI),提出一种新型的2倍频锁相方法,该方法对不平衡电网电压产生的2倍频交流量进行锁相,从而快速准确地实现与电网同步。介绍了2倍频正负序交流量提取方法,2倍频锁相工作原理及电网同步锁相过程。优化了SOGI正交发生器(SOGI-quadrature signal generator,SOGI-QSG),消除了输入电压直流偏置对其输出产生的影响。在电网电压不平衡条件下对所提方法进行了仿真与实验,验证了该锁相方法的有效性。与传统基波锁相方法相比,所提方法提高了对电网电压正序分量检测的快速性和准确性。     

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。     

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.     

弱电网下基于电压扰动补偿的并网变换器改进控制方法

在弱电网条件下,并网变换器的控制系统与电网阻抗相互耦合,导致并网系统的稳定性降低,其中并网点电压扰动对锁相环和直流电压环的影响是导致并网变换器稳定性下降的关键因素。变换器阻抗模型是系统稳定性分析的基础,因此,首先在dq坐标系下,建立了包含电流环、锁相环和直流电压环等环节的三相并网变换器小信号阻抗模型。由阻抗模型中各变量的传递关系,能够找出并网点电压对锁相环和直流电压环输出的扰动通道,推导出扰动分量对控制器输出影响的表达式。在此基础上,将锁相环和直流电压环输出扰动补偿项添加到d轴和q轴电流环控制器,进而提出了基于并网电压扰动补偿的控制方法。理论分析结果表明,该方法可以在弱电网条件下有效降低电网阻抗与控制器耦合的影响,提高并网系统的稳定性。实验结果验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。