基于单/双同步坐标系的软件锁相环建模和仿真

针对风力发电机组的低电压穿越控制要求,有必要研究适应电网电压平衡和不平衡情况下的电压快速准确检测方法。在分析单/双同步坐标轴系软件锁相环工作原理的基础上,基于Matlab/Simulink软件平台,分别建立了单同步坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)和双同步坐标系的解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL)的仿真模型,并针对电网电压理想工况和电网电压三相不平衡情况,对单/双同步坐标轴系下软件锁相环的运行性能进行了仿真比较。结果表明,SSRF-SPLL仅适合电压理想正常工况下的监测,而DDSRF-SPLL不仅适合电压理想工况,而且无论是电压单相或两相跌落等情况也能快速地实现电压幅值、相位和频率的监测。

电压不平衡时单同步坐标系锁相环的改进算法

为了在电网电压不平衡时能跟踪电网电压基波相位和频率,分析了单同步坐标系的三相软件锁相环(SSRF-SPLL)在电网电压不平衡时不能准确快速锁定基波电压相位的原因,即电网电压不平衡时,dq变换得到的eq中含有二次谐波分量,在使用PI控制时,此二次谐波分量将导致PI难以实现无误差跟踪,影响锁相输出角度。在提高稳态性能并考虑动态性能的基础上,提出了在PI调节器之前增加2次陷波器和特定截止频率的低通滤波器的改善方案。最后通过搭建仿真和实验平台验证了方案的可行性和有效性。

基于同步坐标系的三相电网软件锁相环仿真研究

风电场前期安装的部分硬件设备已不能更换,同时又要求实现低电压穿越功能,这就需要一种简单实用的方法来获取电网电压变化的信息。阐述了软件锁相环的基本结构和原理,从理论上分析系统的稳定性和跟随特性,用矢量解耦的方法研究了基于单同步旋转坐标系的软件锁相环的设计方法,用二阶系统的标准形式对调节器参数进行整定。根据实际条件,计算出用于仿真的各个系统控制参数。利用Matlab/Simulink软件搭建该仿真模型,并在平衡电网电压和不平衡电网电压情况下,对系统性能进行分析比较。仿真结果说明,同步坐标系方法能够获得较好的电网信息,三相平衡电网时适合采用单同步坐标系方法,电网平衡度大时适合采用双同步坐标系方法,该方法有一定的工程应用价值。

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。

基于同步旋转坐标变换的三相软件锁相环设计

在分析同步旋转坐标变换的原理基础上,提出了实现全数字化相位跟踪检测的方法:详细阐述了软件锁相环(Soft Phase-Locked Loop,即SPLL)的工作原理,分析了SPLL的连续和离散数学模型,从物理上解释低通滤波器作用原理,提出通过延时反馈以提高相位跟踪精度以及通过归一化使PI增益为常数的基波频率和相位的检测方法,最后通过MATLAB的Fixed Point Toolbox和SimuLink对该方法进行验证。仿真表明,该SPLL的稳态性能好,对畸变电压有很强的抑制作用,可应用于有源电力滤波器的实时相位检测。

改进解耦双同步坐标系锁相环在谐波和电压不平衡下的性能

针对解耦双同步坐标系锁相环(decoupled double synchronous reference frame phase locked loop,DDSRF-PLL)锁定频率和相位的性能不佳,检测频率和相位误差存在较大畸变和振荡等问题,结合二阶广义积分器(second order generalized integrators,SOGI)的优势,提出了一种改进的DDSRF-PLL结构(improved DDSRF-PLL,IDDSRF-PLL)以弥补传统DDSRF-PLL性能方面的不足。IDDSRF-PLL利用了SOGI的滤波能力,能够有效地衰减电网电压中的谐波,快速而准确地锁定相位和频率,有效地实现并网需求。MATLAB/Simulink仿真结果表明,电网谐波干扰和电压不平衡谐波畸变时,IDDSRF-PLL可以有效地抑制谐波,实现响应超调小、稳态精度高的检测效果。

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。

三相锁相环在蓄电池充放电装置中的应用研究

叙述了单同步旋转坐标变换原理以及基于此变换的三相锁相环设计方法,给出了以TMS320F2812为核心的三相锁相环算法实现,阐述了三相锁相环技术在蓄电池充放电装置中的具体应用方案,该方案可使装置在电网电压不平衡条件下,能够利用单同步旋转坐标变换快速、准确地锁定电网电压相位,据此建立的装置控制策略将充分提高基于可逆PWM整流器的蓄电池充放电装置的充放电性能和效率。

基于FPGA的三相电网不平衡下的锁相环设计

针对现有的数字锁相环在三相电网电压不平衡下精度降低的问题,提出了一种基于双同步坐标系解耦软件锁相环(DDSRF-SPLL)的控制策略。分析了DDSRF-SPLL的数学模型,根据DDSRF-SPLL解耦控制策略,采用硬件描述语言VHDL设计了基于FPGA的各个模块。仿真结果表明,基于FPGA的锁相环抗干扰能力强,对频率波动具有很好的适应性,锁相效果稳定、准确。

基于双二阶广义积分器的软件锁相环在分布式并网光伏逆变器中的应用

逆变器在谐波较重的电网中仍能与公共耦合点(PCC)的电压保持同步,这些都依赖于锁相环技术。主要讨论测试三种软件锁相环技术。

基于DSP的双向AC/DC变换器锁相环技术的研究与实现

本文主要对单相电网的双向AC/DC变换器锁相环技术进行实现方法的研究,采用单同步坐标系锁相环算法,由于本文研究的为单相系统,故需要设计一个正交信号发生器,采用基于反PARK变换的虚拟正交信号发生器得出两相静止的正交信号,并采用纯软件的锁相环算法,设计了一款网侧电压采样调理电路,最后在TMS320F28335实验平台上进行了实验验证,探讨了一种判断锁相成功的方法。经实验结果表明,该锁相环技术可以实时跟踪电网的频率和相位,并可以精确锁定相位,具有很好的实用性。

基于同步对称分量法的静止无功补偿装置

该文提出了基于同步对称分量法的无功补偿导纳计算方法。该方法以电网三相正序电压为同步参考坐标,再利用旋转对称分量法可以方便地得到电网需要补偿的导纳值。文中提出的三相电压提取方法能有效地消除电网电压的畸变干扰,以电压为同步坐标的旋转对称分量法可消除电流中谐波的影响,从而可准确地计算出电网需要补偿的导纳值。基于该方法设计的静止无功补偿装置无需硬件锁相环,能够快速、准确地补偿对称/不对称负荷的无功功率,维持电压的稳定。采用 PSCAD 软件的仿真和实验结果证明,基于同步对称分量法的补偿导纳计算方法具有较好的效果。

基于SRF‑PLL的模糊自适应软件锁相方法研究

软件锁相法是电网基波测量中的一项重要工程技术。针对传统锁相环成本较高、结构复杂、动态性能不佳及鲁棒性差等问题,系统分析了三相同步锁相环(synchronous reference frame phase-locked loop,SRF-PLL)的基本原理,提出了一种基于SRF-PLL结构的模糊自适应软件锁相方法,并进行了仿真研究,给出了基于嵌入式微控制器的算法实现,进行了硬件联调试验。与传统SRF-PLL结构锁相环相比,该方法属于全软件算法,运行稳定,对非线性系统参数变化具有较好的适应性,且具有较好的动态性能和鲁棒性,其调节原理简单,易于模块化移植,在电能计量等工程领域有较好的应用前景。

考虑频率耦合效应的三相并网逆变器序阻抗模型及其交互稳定性研究

在分布式发电系统中,并网逆变器作为主要的功率接口单元,其稳定性直接关系到并网系统的可靠运行。目前在大多数阻抗分析过程中,将并网逆变器视为单输入单输出系统,忽略了频率耦合特性的影响,因而导致逆变器低频段的稳定性分析不够精确。该文针对三相LCL并网逆变器,采用多谐波线性化方法分别推导解耦双同步参考坐标系锁相环(decoupled double synchronous reference frame PLL,DDSRF-PLL)的频率特性模型和并网逆变器的输出阻抗模型。基于序阻抗分析方法和奈奎斯特稳定判据,分析频率耦合特性对并网逆变器系统稳定性的影响,并基于稳定性对锁相环结构进行改进。论文对并网系统的稳定性进行实验验证,实验结果证明了理论分析的正确性。

分布式电源与电网同步的研究

在分布式电源并网系统中,通过获取电网侧的瞬时相位信息,使逆变器输出与电网保持同频、同相。文章分析了单同步坐标系软件锁相环算法和双二阶广义积分器锁相环算法的性能特点,根据优势互补的方法,通过检测电路检测三相电路的状态,正确地对锁相环进行切换,以快速精确的检测出正序电压和相位,保证系统中的逆变器正常工作。同时通过利用单纯形法对其锁相环的控制器参数进行优化。研究结果表明,根据电网侧的工作状态,合理地切换锁相环的工作模式,可以快速精确地追踪电网相位和频率信息。

一种电力电子装置实用的锁相技术

在很多电力电子装置中都需要使用电网电压的相位同步信号。快速准确地锁定电网电压相位角是电能控制设备控制策略的基础。在一些实际工程项目中,电网存在谐波严重、频率偏移和电压抖动的问题,常规的过零检测方法已不能取得满意的锁相效果。给出一种基于同步旋转坐标系的同步锁相技术,可以在电网出现上述问题的情况下,快速、准确地锁定电网相位。目前该锁相技术已经在多个项目中应用,从现场运行情况看同步锁相稳定、性能良好,具有良好的应用前景。

DDSRF-SPLL结合复合形态滤波器电压暂降检测方法

电压暂降及短时供电中断是现代电网中影响电能质量的主要因素,目前检测算法在快速性与实时性上仍有不足。为了提高检测算法的快速性与实时性,以形态滤波器中的自适应复合形态滤波器对电压信号进行滤波,将滤波后的信号经解耦双同步坐标系软件锁相环(decoupled double synchronous reference frame-software phase locked loop,DDSRF-SPLL)对三相不平衡电压进行正、负序分离,进而快速检测出电网是否发生暂降。Matlab/Simulink仿真结果表明检测时间小于7 ms,验证了该检测算法在响应速度和精确度上的优势。

交流电机变频软启动及并网系统研究

针对交流永磁同步电机在变频驱动下切换到工频时会产生很大的冲击电流,应用一种全数字化单同步坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)方法,采用电力电子开关器件代替交流接触器实现电机向电网小冲击电流的同步切换。该锁相方法能够很好地跟踪电网的频率、相位和幅值,电力电子开关器件可以大大缩短切换延迟时间。从仿真和实验角度检验了方案的可行性和准确性,其实验切换电压平稳,切换电流在其额定电流的1.5倍以下。

优化型DDSRF-PLL在不平衡和畸变电网电压下的仿真研究

电网电压混入多次谐波时,DDSRF-SPLL的锁相效果不理想,输出的频率信号存在较大的波动和畸变。文章在DDSRF-SPLL基础之上,提出一种优化的锁相环结构,该锁相环在正负序电压解耦之前先经过SOGI-QSG滤除电网电压中的多次谐波,进而消除其对锁相环的影响,快速精准地对电网电压进行跟踪。在Matlab/Simulink中进行仿真分析,结果表明:文章所提出的锁相环在电网电压不平衡和混入多次谐波时,均能有效地锁定基波电压的频率与相位。

交流电机的虚拟光电编码盘测速技术

该文基于锁相环原理,结合交流电机动态模型,通过对交流电机电压和电流实时检测,辨识出交流电机诸如转速、转角、转子位置等转子信息。然后利用软件模拟增量式光电编码盘的测速和辨向方法,得到对应于光电编码盘的A、B、Z 三相数字输出信号,从而实现交流电机虚拟光电编码盘测速技术。文中以永磁同步电动机为应用实例,实验结果验证了该文理论分析的正确性和所提方法的可实现性。