科斯塔斯环路的软件设计实现

为了提高载波跟踪环路的便捷性和可携带性,采用C#语言的Winform开发框架来仿真接收机内部的科斯塔斯环路,用生成信号来跟踪原始信号,且随着时间的延长,原始信号和生成信号的曲线逐渐趋于融合。本文给出了环路的数学模型和公式,以及相关环路的工作原理,并分析了跟踪过程中出现的多普勒频移现象,以易于观察的方式显示出来。实验结果验证此方案的可行性,并可以生成可执行文件。

结合光学反馈以及光学锁相环的量子级联激光器线宽压窄和频率控制技术研究

中红外波段缺乏窄线宽、可精确调谐的激光源,限制了中红外精密光谱的发展.本文介绍了一种结合强光学反馈和光学锁相环技术的量子级联激光器(QCL)频率控制技术,通过强光学反馈先抑制QCL频率噪声中的高频成分,再使用光学锁相环将激光频率偏频锁定到另外一个超稳中红外激光源上.通过相位超前电路拓展锁定带宽,系统锁定后,将功率谱中心窄拍频信号提高66 dBm,低频区域相位噪声抑制到-81 dBc/Hz@2 kHz,高频区域相位噪声抑制到101 dBc/Hz@2 MHz,激光器线宽从3.8 MHz被压窄到3 Hz.最终,利用该激光器进行腔衰荡光谱信号的测量,相较于未锁定激光,信号的信噪比提升了5倍.

锁相环动态对切换延迟导致的VSC暂态过电压的影响

随着“碳达峰、碳中和”战略的深入实施,新能源占比不断提升,新能源汇集地区电网强度较弱,交流短路故障后的暂态过电压易引发连锁故障。该文基于电压源型并网变流器(voltage source converter,VSC)低电压穿越切换控制模型,分析了锁相环动态对故障后VSC延迟切换导致的暂态过电压的影响。研究结果表明,短路故障清除时刻并网点电压相位一般向后跳变,由于锁相环动态,使延迟过程中动态无功支撑电流失准,若VSC在低电压穿越期间只注入无功电流,该失准现象有利于暂态过电压改善,若同时注入有功电流,在锁相环参数不合适时可能会恶化暂态过电压水平。此外,该文还提出了锁相环PI参数整定解析方法,以保证利用锁相环动态抑制故障后的暂态过电压水平。通过MATLAB电磁暂态仿真验证了分析结论。

基于自抗扰控制与锁相环的核磁共振陀螺仪闭环控制系统设计

闭环控制设计是核磁共振陀螺仪系统设计的关键环节之一。基于锁相环实现对核磁共振陀螺仪系统的闭环控制,并分别采用基于PI控制的环路滤波器与基于自抗扰控制的环路滤波器,设计了两种不同结构的锁相环。经过仿真验证,两种锁相环均能跟踪陀螺仪跟随载体的转动角速度,其中基于自抗扰控制技术的锁相环具有更好的动态性能与准确性。

基于级联型二阶广义积分器的单相锁相环设

由于当前电网中不可避免地存在着各种直流偏置和高次谐波,而传统的基于二阶广义积分器结构(Secondorder Generalized Integrator,SOGI)的单相锁相环(Phase-Locked Loop,PLL)存在对直流偏置敏感及对高次谐波的滤除能力不足等问题,针对该问题提出了一种级联型二阶广义积分器结构。该结构由三个SOGI模块级联构成,通过前两级SOGI模块分别滤除高次谐波和直流分量,再经过第三级SOGI模块输出一对正交分量。通过MATLAB/Simu‐link建模仿真及实验平台验证,结果显示文中所提出的级联型SOGI-PLL具有不错的抗直流偏置干扰能力及谐波抑制效果,对单相系统并网的实现具有良好的借鉴意义。

基于高阶滑模观测器和改进型PLL的感应电机无传感器控制

针对传统一阶滑模观测器的感应电机无传感器控制方法存在的固有抖振问题,本文提出了一种基于高阶滑模观测器和改进型锁相环的感应电机无传感器控制方法。首先,提出了一种自适应非奇异快速终端滑模磁链观测器,该观测器可以使得系统全局快速收敛且抖振减小,同时有效提升了系统的鲁棒性;其次,将超螺旋算法引入传统的PLL中,采用了一种基于三阶超螺旋算法的改进型锁相环,进一步提升了转速估计的精度,有效抑制了转速抖振;最后,仿真结果表明,所提控制策略能有效提升系统鲁棒性,抑制估计转速的抖振,证明了所提方法的有效性和可行性。

基于二阶广义积分器单相锁频环的改进和比较

电网受到短路故障等大扰动时,要求并网换流器快速准确获得同步信息。基于二阶广义积分器的锁频环比锁相环能更快获取电网电压的相位、幅值和频率,但受直流偏移的不利影响。基于抑制法和滤波法的改进方案存在响应速度变慢等不足。为此,提出基于消减法的改进方案,并在锁频环中增加二阶广义积分器环节。应用传递函数和PSCAD商业软件,从理论和仿真2方面分析和比较了基于二阶广义积分器锁频环的基本方案、基于抑制法的改进方案和所提基于消减法的改进方案。比较结果显示,基于消减法的改进方案具有更快的相位、幅值和频率响应特性,更好的直流和低频分量抑制特性。综合比较暂态响应和稳态响应,基于消减法的方案性能最优。

基于电力线载波通信的智慧园区电力物联网精准时间同步方法

智慧园区各类新兴业务在电力物联网(power internet of things,PIo T)设备提供的数据支持下开展。这些业务具有严格的时间同步要求。如何在现有电力线载波通信(power line carrier,PLC)的基础上实现高精度、高可靠时间同步成为关键问题。针对上述问题,首先,该文建立基于PLC的智慧园区电力物联网精准时间同步网络模型,根据改进精准时间协议(precision time protocol,PTP)计算同步误差,在此基础上,建立基于数字锁相环的频率偏移补偿模型,降低累积误差;其次,提出站点(station,STA)时间同步误差最小化问题;最后,提出基于经验匹配的电力物联网精准时间同步算法,通过调整时间同步匹配成本,优化STA的时间同步路径选择策略。仿真结果表明,所提方法能有效提高时间同步精度。

48脉冲整流控制在超大功率并联感应熔化系统中的应用

为减少超大功率并联感应熔化系统对电网的谐波干扰,降低对电网短路容量的需求,并提供足够的电流,提出一种48脉冲整流控制技术。通过两个24脉冲主变压器输出8个相位差为7.5°的三相交流,经过三相全控整流电路连接感应熔化系统。控制器采用软件锁相环算法,自动识别A、B、C相序,并根据系统的设定功率和反馈电流调整触发角度驱动相应的可控硅,输出所需的电压,可自动平衡8个三相进线电流,避免引起连接铜排和变压器内部局部发热。该技术已成功应用于40 MW并联感应熔化系统,工作稳定可靠。

弱电网下基于电网电压前馈的并网逆变器阻抗重塑控制策略

弱电网下,锁相环在基波以上频段引入的负阻特性,会降低系统输出阻抗的相位,严重影响系统稳定性。鉴于此,该文通过系统控制框图等效变换,推导得到可以消除锁相环负阻特性的电网电压前馈函数,进而提出一种基于电网电压前馈控制的并网逆变器阻抗重塑控制策略。同时,为了提高该策略的普适性,该文利用函数近似和多目标约束为电网电压前馈函数的优化提供两种设计方法,并从系统基波电流跟踪性能、并网功率因数等方面进行误差分析,从而证明其函数优化设计方法的可行性。理论分析表明,优化后的电网电压前馈控制策略,可以有效地对系统输出阻抗相位特性进行重塑,很大程度上拓宽了系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提控制策略的有效性。

并网逆变器非线性特性建模及稳定性研究综述

并网逆变器作为连接新能源分布式发电和电网之间的关键接口,发挥着将电能高效、高质量馈入电网的重要作用。随着新能源渗透率的持续提高,并网点处电网存在诸如高电网阻抗、丰富的低频谐波、电压幅值/频率波动甚至故障等复杂状况。鉴于并网逆变器本质上是一个多输入、强耦合的非线性系统,沿用传统的线性建模与分析方法已难以解释工程中的复杂谐波振荡现象,并网逆变器的稳定性分析及其稳定运行受到巨大挑战。为此,该文首先具体阐述了线性与非线性和系统受扰大小之间的关系,指出大干扰稳定性分析更依赖于非线性建模及分析方法的应用。在此基础上,对已见诸报道的并网逆变器稳定性分析方法进行了归纳和对比。然后,详细阐述了稳定性分析方法在并网逆变器特定非线性环节中的应用。最后,总结并讨论了现有研究的不足,以期进一步促进“双高”背景下并网装置非线性建模和稳定性分析的研究。

高渗透率下基于并网逆变器阻抗重塑的锁相环设计方法

针对锁相环、电网阻抗与并网逆变器相互耦合所引发的系统稳定性下降问题。首先,建立考虑电网阻抗的锁相环控制结构模型,通过分析锁相环闭环传递函数可知,电网阻抗会使锁相环系统产生右半平面闭环极点,严重影响锁相环与逆变器系统的稳定性。其次,通过分析逆变器系统输出阻抗,说明锁相环所引入的负阻抗是逆变器系统稳定裕度下降的主要原因。鉴于此,该文提出一种新型锁相环设计方法,理论分析表明,所提方法既能够保证高渗透率下锁相环具有高鲁棒性,又能够对逆变器系统输出阻抗进行重塑,有效拓宽系统对电网阻抗的适应范围。最后,通过仿真与实验验证所提新型锁相环设计方法的有效性。

基于改进正交锁相环的永磁同步电机无位置传感器控制

针对传统正交锁相环(QPLL)应用于永磁同步电机无位置传感器控制中存在的反转失效与加、减速工况下出现显著的转子位置直流偏移误差问题,该文提出一种改进的正交锁相环(IQPLL)。其通过重构鉴相器环节,使得鉴相器的输出与永磁同步电机的转向不再相关,从而解决传统QPLL在电机反转时估算转子位置出现180°偏差的问题。此外,在新型鉴相器结构下,设计前馈环路以补偿加、减速工况下的位置直流偏移误差。并建立了IQPLL的小信号模型,根据系统的频率响应特性给出了IQPLL的参数设计方法。实验结果表明,相对于传统的QPLL,所提出的IQPLL可实现永磁同步电机无位置传感器控制正、反转稳定运行,并有效抑制了加、减速工况下的转子位置直流偏移误差。

弱电网下并网变流器相位裕度的分频段补偿方法

在弱电网条件下,针对并网变流器各控制环节与电网阻抗之间交互作用,容易引发系统振荡而造成失稳问题,文中提出一种分频段相位补偿控制策略。首先,建立dq坐标下的并网变流器输出导纳矩阵模型,针对在低频段由锁相环引起的变流器输出导纳的负阻尼特性,不改变锁相环动态特性而通过分析锁相环对控制系统的影响路径,加入含积分元素的补偿矩阵抵消锁相环的负阻尼影响,同时简化导纳模型;进而,引入仅含常数元素的补偿矩阵实现超前校正,对电流环带宽外的负阻尼进行相位补偿,使导纳矩阵元素在全频段为正实部,为并网控制系统提供正阻尼,从而增强并网变流器的稳定性。最后,通过仿真和实验在不同短路比条件下对文中提出的补偿方案进行验证,证明所提方案的有效性。

弱电网下光伏并网系统锁相环参数自适应控制

针对弱电网下PLL(phase-looked loop,PLL)会使并网逆变器的稳定性下降问题,提出一种锁相环带宽自适应控制策略来实现锁相环参数依据电网实时阻抗值来获得最优的控制参数,保证系统最佳控制性能和稳定运行,从而提升跟网型逆变器在弱电网下的对电网阻抗的适应能力。利用PSCAD/EMTDC进行仿真验证,仿真结果证明自适应控制策略正确、有效。

多谐振控制的同步磁阻电机鲁棒预测电流控制系统转矩脉动抑制方法

为抑制同步磁阻电机的转矩脉动并提高系统的鲁棒性,文中提出了一种基于多谐振速度环控制与自抗扰电流环的复合控制策略。由于同步磁阻电机的磁阻变化不均匀,从而导致电机电感随着磁饱和与交叉耦合效应变化,一方面,电感参数的变化会给电流环控制带来影响;另一方面,电感参数的变化还会引起转矩的脉动。因此提出基于多比例谐振的速度环控制策略,以抑制同步磁阻电机的转矩谐波。基于超局部模型的无差拍电流预测控制,利用改进的锁相环观测器对下一拍的电流和扰动进行预测,在电机参数变化时可以很好地实现电流的跟踪,从而提高系统的抗干扰能力。

基于一种新型正弦幅值积分器的谐波检测方法

针对基于瞬时无功理论的ip-iq谐波检测法结构复杂、响应速度慢等问题,提出了一种采用改进正弦幅值积分器结构的谐波电流检测方法。首先,利用二阶广义积分器的输出滤波特性及正弦幅值积分器的极性选择特性,使其相结合构造出了一种滤波性能更强,同时具有频率及极性选择作用的新型积分器。然后,利用该积分器快速准确地提取基波正序分量,并有效应用于谐波检测环节中。当电网电压存在直流偏置问题时,该积分器所构造的锁相环也能准确锁定电网频率及相位信息。最后,理论分析及仿真实验结果表明:该方法无需进行瞬时对称分量分离,就可提取出电网电压及负载电流基波的正负序分量,计算量小,谐波检测更精确。

对称故障下变流器控制对差动保护影响及优化策略

变流器输出故障特征的强可控性给交流系统继电保护带来了严峻挑战。该文分析并网线路发生对称故障时跟网型变流器的控制响应过程,从故障期间变流器电流控制目标不能自动匹配故障回路功率需求的角度,分析推导变流器网侧电压相位发生跳变并不断旋转的变化特征。受故障回路阻抗约束,变流器输出短路电流相位与网侧电压相位同步变化,造成并网线路差动保护性能严重下降。基于变流器网侧电压相位变化机理,从电流控制目标与锁相环控制两个维度,提出兼顾保护需求和供电需求的变流器控制优化策略。仿真结果表明,并网线路对称故障时所提策略能有效抑制两侧电流相位差,显著提升了差动保护动作性能。

计及锁相环非线性特性的跟网型逆变器暂态稳定性分析

锁相环作为跟网型逆变器实现相位同步的关键环节,由于其本身所固有的非线性特性,在弱电网情况下,传统小信号模型可能存在不能准确预测锁相环暂态稳定性的问题。为保证受扰后锁相环的稳定运行,提出了一种基于非线性数学模型的稳定性分析方法。首先,根据锁相环工作原理,建立其二阶非线性微分方程,通过相平面法对锁相环输出特性进行定性分析,评估不同参数对锁相环暂态特性的影响;然后,基于等面积法则分析锁相环暂态失稳机理,鉴于传统等面积法则可能导致稳定性的误判,采用非线性动力学多尺度法对锁相环受扰后的暂态时域表达式进行求解,明确锁相环暂态稳定边界;最后,通过Matlab仿真和RT⁃LAB半实物平台验证了所得解析解和锁相环暂态稳定域的准确性,为弱电网条件下锁相环控制参数及电路参数选取提供一定参考。

基于自适应增强型复系数滤波器的多电飞机变频电网状态估计

多电飞机的电网是一种典型的孤岛微网,具有360~800 Hz的宽频率工作范围,传统恒定频率电网同步方法的动态性能在飞机变频电网中有所不足。为了准确估计飞机变频电网的电网状态,结合自适应模块,对增强型复系数滤波器锁相环进行改进,设计了一种适应于MEA变频电网的自适应增强型复系数滤波器锁相环结构(AECCF-PLL)。分析了其传递函数与阶跃响应之间的关系,推导了模型参数与频率的关系,建立了频率自适应模块,满足飞机变频交流电网状态估计对稳定性和快速性的要求。实验结果表明,在飞机变频电网含有大小频率跳变、谐波、斜坡等扰动情况时,提出的AECCF-PLL可以实现对电网状态的快速稳定估计。