1、Company LogoCompany三相電壓不平衡條件下鎖相環(huán)201111CC Click to add TitleCompany Logo基于低通濾波器的鎖相方法為了避免檢測過零點(diǎn)帶來的問題，Kariini-Gharteinani.M和Reza Iravani.A提出了堆 于低通濾波器的鎖相方法，其原理如圖2-2所示。三相電網(wǎng)電壓從三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn) 換為兩和弊止坐標(biāo)系，利用常見的低通濾波器濾除電網(wǎng)中的諧波擾，然后對信號 進(jìn)行標(biāo)久化處理.從而得到業(yè)網(wǎng)電用的相位.旋轉(zhuǎn)矩陣R用于補(bǔ)償濾波器所造成的相 位滯后。夠考文獻(xiàn)Method for Synchronization of Power Elec

2、tronic Converters in Polluted and Variable-FrequencyCompany Logo基于低通濾波器的鎖相方法www.thefneqallery.con) )缺點(diǎn)對丁這種方法而言，在設(shè)計(jì)低通濾波器時(shí)，需要在系統(tǒng)濾波器的魯棒性和 動(dòng)態(tài)響應(yīng)Z間做出折中的選擇，較低的截止頻率町以抑制系統(tǒng)諧波對相位 檢測的r擾，但是也相應(yīng)的降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。另外，這種方法需求 得反三角曲數(shù)值，計(jì)算速度較慢，尤其在系統(tǒng)頻率變動(dòng)和三相電丿衣不平衡 時(shí)，對畸變電壓的抑制作用弱，因此無法正確鎖相。Company Logo基于空間矢量濾波器(SVF)的鎖相方法空間矢星濾波器是一種用

3、丁空間矢量濾波的新型濾波器，它是加丁電網(wǎng)電壓 的ap分屋相互關(guān)系相互影響的基礎(chǔ)上提出的。這時(shí)候電壓矢量町以視為以恒 定的幅值和頻率旋轉(zhuǎn)，有兩個(gè)輸入量.電網(wǎng)迫壓的模型對以農(nóng)示為.訶以在每個(gè)采樣周期:進(jìn)行史新。假設(shè)采樣頻 率及電網(wǎng)電壓頻率恒怎，則卜個(gè)周期的電網(wǎng)電壓模型可以佔(zhàn)算出來，遺忘 參數(shù)Y的人小決定了電網(wǎng)電斥欠量對電網(wǎng)電斥欠雖模型的影響人小。濾波器的 輸出設(shè)為。則濾波器的表達(dá)式町以丐為Company Logo基于空間矢量濾波器(SVF)的鎖相方法主要缺點(diǎn)此鎖#1方法在穩(wěn)態(tài)情況下不會(huì)產(chǎn)生任何相位滯后，其主要缺點(diǎn)仍 然是對電網(wǎng)電壓頻率變換以及三相電網(wǎng)的不平衡非常敏感。基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)

4、的鎖相方法Company Logo基本原理卡爾曼濾波器町以用來佔(zhàn)計(jì)電網(wǎng)電壓幅值、和位以及頻率的狀態(tài)向屋主要缺點(diǎn)這種方濃足建立在貝有充分的狀態(tài)空間模型能夠反映狀態(tài)向量 的變化的基礎(chǔ)之上的。而在各種各樣的電網(wǎng)畸變帖況卜如何準(zhǔn) 確的設(shè)計(jì)濾波器使之適應(yīng)狀態(tài)向量的變化是丨分困難的爭悄。另外這種方法同樣不能解決三相電網(wǎng)不丫衡帶來的問題，而II.卡爾曼濾波器龐大的計(jì)算量更加地限制了這種方法的應(yīng)用范圍。Company Logo基于加權(quán)最小二乘法估計(jì)(WLSE)的鎖相方法文獻(xiàn)提出了一種基丁加權(quán)最小乘法佔(zhàn)計(jì)(WLSE)的鎖相方法，不但町以 抑制不平衡系統(tǒng)中的負(fù)序分屋的影響，而且能夠提高對頻率變化的魯棒 性。但此方

5、法仍然存在不少缺點(diǎn):當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間比 較長:對電網(wǎng)噪聲和畸變時(shí)的魯棒性較左等。由以上分析可知，以上幾種鎖相方法都心在響應(yīng)慢，對系統(tǒng)頻率變化和 三相電壓不平衡較敏感問題，不適宜應(yīng)用于電網(wǎng)畸變嚴(yán)車，動(dòng)態(tài)響應(yīng)耍求高的場 合。Company Logo并網(wǎng)變換器對鎖相環(huán)的基本要求www.theiH(1)電網(wǎng)電壓經(jīng)常發(fā)生跌落、閃變等動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題，并且這些異常的出現(xiàn)均是 不可預(yù)計(jì)而且需耍及時(shí)補(bǔ)償?shù)?。所以要求并網(wǎng)變換器能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電壓相位的變化在ms級的時(shí)間內(nèi)能做出快速的響應(yīng)，即要求并網(wǎng)變換器的鎖相方法要自良好的動(dòng)態(tài)件 能，保iil：Y電壓跌落和驟升時(shí)不對鎖相性能造成太人影響。(2)三相電壓

6、不平衡時(shí)，要求電力電子裝宣的鎖和方法能夠捕獲正序基波分量的相 位，對三相不平衡悄況有很強(qiáng)的抑制作用。(3)鎖相環(huán)應(yīng)該能快速檢測到電網(wǎng)電斥發(fā)牛相位、頻率突變等問題。(4)要求鎖相方法對畸變電壓要有很強(qiáng)的抑制作用。(5)對于一些電力補(bǔ)償裝置如動(dòng)態(tài)電斥恢復(fù)器，鎖相方法不僅要實(shí)時(shí)檢測網(wǎng)側(cè)電壓 的相位，而且要實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)側(cè)電壓的幅值變化狀況用來判斷并決定電力補(bǔ)償裝置的工 作模式。Company Logo基于單同步坐標(biāo)系的軟件鎖相環(huán)( (SSRF SPLL)www.theiiieqallery.con) )基本原理此種鎖相方法是基于跟蹤電網(wǎng)電壓的正序分氐能有效地適用于電網(wǎng)平衡時(shí)頻率、相位及幅值檢測,其電 壓

7、矢量圖如圖24所示。當(dāng)電網(wǎng)電壓輛值,即電壓合成矢星“的幅值不變時(shí),的q軸分量反映了d軸*j電網(wǎng)電壓的|11位關(guān)系，0時(shí)，d軸滯IH“ ： 0時(shí)，d軸超前；“廠o時(shí)，d軸與“同相。因此,可通過控制,使傷=0來實(shí)現(xiàn)兩者Z間的 同相。而當(dāng)電網(wǎng)電壓和位突變時(shí)，兩個(gè)空間矢量位置將有差異，因此鎖相環(huán)的目的就 足采取措旌使得妙Q0。Ct%Company Logo基于單同步坐標(biāo)系的軟件鎖相環(huán)（SSRF SPLL）w ww di emeq al I ery .com假設(shè)電網(wǎng)電壓為三相平衡電w此可以表示為cos(tzy)衛(wèi)）=ccs(m/ 2加/3)/（/）cos(zV4- 2兀/3).將山Jk信號從a b c二

8、相坐標(biāo)變換到aB坐標(biāo)（clarke變換）為從Q,B坐標(biāo)變換到d ,q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（park變換）為住鎖定的情況卜L!|初，匕嚴(yán)U、化=0。因此通過適半的控 制，實(shí)現(xiàn)d、q璧.標(biāo)系與電壓矢量同步，達(dá)到鎖相I】的。Company Logo基于單同步坐標(biāo)系的軟件鎖相環(huán)w ww di emeq al I ery .com數(shù)學(xué)模型：將鎖相誤芳輸入 PI 調(diào)節(jié)器，為加快鎖相速度，將輸出值加上初始 工頻允頻率30,從而得到鎖和的頻率輸;n 經(jīng)過積分得到鎖相相 位值。sin& %=ucos(初COS&%sin-&)COS0-sin0）=Ucos(c)sin(a?r)Company Lo

9、go由數(shù)學(xué)模型可見，鎖相環(huán)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，它與常規(guī)控制系統(tǒng)不同 之處在于：常規(guī)控制系統(tǒng)采集的是經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換或M接從系統(tǒng)采集的電壓或電 流信號，而PLL采集的則足相位信號。raSSRF SPLL系統(tǒng)拉*1檢圖Company Logo基于雙同步坐標(biāo)系的解耦軟件鎖相環(huán)www .thevneQdllery.coni參考文獻(xiàn):P. RodriguezDouble Synchronous Reference Frame PLL for Power Converters Control雙同步坐標(biāo)系解耦軟件鎖和環(huán)是考慮電網(wǎng)電 壓負(fù)序分量對傳統(tǒng)軟件鎖和環(huán)的彩響而提出 機(jī)算法，它包括了兩個(gè)旋鈴坐標(biāo)系.州

10、坐標(biāo)系以頻率旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為8dq-坐標(biāo)系以-方頻率旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為 輸出電壓矢量圖如圖所示。廠為電壓量，V；為電壓負(fù)序分量，他們分別以血 角速度逆時(shí)針和順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，該鎖相環(huán)同時(shí)對兩個(gè) 序分屋進(jìn)行坐標(biāo)變換，將其分解為正序和負(fù)序dq坐 標(biāo)系卜得分戢，并通過解耦網(wǎng)絡(luò)和濾波壞節(jié)，實(shí)現(xiàn) 電壓頻率，相位，和幅值的檢測?；陔p同步坐標(biāo)系的解耦軟件鎖相環(huán)www .thevneQdllery.coni在三林I電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，根據(jù)劉稱分屋法，將電網(wǎng)電壓矢屋(只考農(nóng)族波電壓)Vsi描述為正序電斥分量、負(fù)序電壓分量和零序電壓分量三者的合成，即Vs.= Vs+，COS(Q/ -k年)+Vcos(-tx -k乎 +0

11、) + Vs cos(e/ + 0)k=0.1,2基本原臺(tái)大的優(yōu)點(diǎn)就是解決了三相不平 衡電網(wǎng)電壓的精確檢測Company LogoQ 妒0分別為止序.負(fù)序.零序基波電壓的初始相位角。Company Logo基于雙同步坐標(biāo)系的解耦軟件鎖相環(huán)基于雙同步坐標(biāo)系的解耦軟件鎖相環(huán)根據(jù)SSRP SPLL的鎖相原理可知，正序變換的旋轉(zhuǎn)角H應(yīng)該盡可能的接近J-cotsin(創(chuàng)一0) a初 一 /cos(E - &) a 1 cot 3f) -2a)tcos(-2刖 + 那)sin(-2= V；J+吩3) (切円亠|ccs(er 0) !sin( nv & )4：扛卜y0(5 + &丁L

12、 sin(r卄0 )心卜a/9cos0 sinGf9sin0 cosOCompany LogoCOS(-eF+ 0“ )sin(-e+嚴(yán))寸cos(2rzx)Company Logo制這種擾動(dòng)難以達(dá)到令人 滿意的效果。Company Logo解耦網(wǎng)絡(luò)的建立為了方便解決低次諧波的問題，引入解耦多同步參考坐標(biāo)變換的軟件鎖相環(huán).首先假設(shè)任意一個(gè)電壓矢呈包括正負(fù)序分童兩部分，它們分別以和,”血的角速度旋轉(zhuǎn).其中n. m用來表示正字和負(fù)序，而少則表示基波電網(wǎng)頻率，基于此電壓矢量可以用公式表達(dá)為 2其中.礦和分別表示n矢亙和m矢全的初始相位角。再次假設(shè)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系分別同d”q”和cAf來表示，加和加。

13、則用來表示兩個(gè)坐標(biāo)系為相位角度，其中&表示鎖相環(huán)的 輸出角度 2www.th emeQ dll 解耦網(wǎng)絡(luò)的建立如杲能夠做到完全鎖相，即有Or= ojt,則上式中的電玉矢雖在d”/和坐標(biāo)系中分cosO心+ 0丹)sin(初 +輕)cos(mer + 0)SLI】Company Logo別表示為.cos(0”)+ I? cos(rCOS(；i - 2)OF)一sin(?r一嚀sin(0”sin(- /)er)i cos( _)勁)vs(b+ cos(b)COS(0)sin(m)cos(-7)初)si】(”-+ r/ sin(硏)一siii(一m)ox)cos( 一)n)cor)Compan

14、y Logo解耦網(wǎng)絡(luò)的建立采用了如圖所示的解粗單元通過以上的分析可以知道圧負(fù)療:dq他標(biāo)系下，輸出電壓之間在-處的聯(lián)系町 以對其進(jìn)行解耦計(jì)算，町得Fig 5: Block diagram of the DSRF-PLLCompany Logo基于對稱分量法的單同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)www.th emeq all 基本原理：是首先通過計(jì)算將不平衡電斥中的正序分量分解出來，然后將正序分量作為SSRF SPLL的輸入，從而抑制了電壓屮的負(fù)圧分呈所導(dǎo)致的2次諧波分量的影 響。iE序分議町以通過如下公式分解出來：Company Logo基于對稱分量法的單同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)www.th emeq all Ka

15、nmi和Ziarani提出了的改迸型鎖相壞，它由三個(gè)基本部分組成，即鑒相器、壞路 濾波器和壓控振蕩器，三部分形成一個(gè)閉環(huán)的相位反債控制系統(tǒng)。該(EPLL系統(tǒng)的 鑒相器環(huán)節(jié).由三個(gè)乘法器、一個(gè)積分器、一個(gè)90相移器和一個(gè)減法器構(gòu)成；它 的最大特點(diǎn)是輸出信號y與外部輸入信號u(t)的基波分量波形一致，而且兩者是同 步的即它們之間沒有相位差。利用這個(gè)特性，可以將待檢測信號中理想正弦成分和干 擾成分檢測分蔑出來。-=亍竹_(/+Company LogoCompany Logo基于對稱分量法的單同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)利用EPLL能獲得基波電壓和移和90。的電壓信號，再根據(jù)公式町實(shí)現(xiàn)基波莊廳； 電壓的提取。町

16、以消除三相電壓不平衡造成的影響，并對諧波有很強(qiáng)的抑制作 用。計(jì)尊單元Company Logo三種鎖相環(huán)的比較51自三相電壓平衡時(shí),三種鎭相環(huán)都能夠準(zhǔn)確鎖相,在相同的PI控制參數(shù) 條件下，SSRF SPLL的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較快。當(dāng)電壓發(fā)生頻率、和位突變時(shí)，三種鎖相環(huán)都能及時(shí)、快速的進(jìn)行車新 鎖相。當(dāng)三相電壓中含有低次諧波時(shí)，SSRF SPLL抑制諧波的能力較崔只能 靠降低帶寬來減弱諧波的影響，卻大大地影響了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。DDSRF SPLLW自身含有濾波環(huán)節(jié),對諧波有一定的抑制作用。EPLL-SSRF SPLL是通過二次濾波后，再進(jìn)行鎖相，抑制諧波的能力較強(qiáng)。電網(wǎng)電壓發(fā)生偏移時(shí)，DDSRF SPLL和SSRF SPLL的鎖相效果不受影 響，但EPLL-SSRF SPLL不能準(zhǔn)確鎖樸I,主要因?yàn)镋PLL不能對輸入電壓進(jìn) 行準(zhǔn)確的基波和相位檢測。三種鎖相環(huán)的比較www.thenieqdllery.coni-1:同步険H-H-坐杯系！E.MIE.MI壞EPLL當(dāng)三相電壓不平衡時(shí)SSRF SPLL所產(chǎn)生的誤差信號始終含有頻率為2的諧波信號，只有通過降低 系統(tǒng)帶寬來減小靜差，做不到無靜差控制，鎖相效果受到很大的影響。DDSRF SPLL有效的分離出三相正序電壓及貝幅值的有效值，消除誤差侍號所