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。

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。

基于非线性PI和解耦双同步坐标系锁相环的研究

为了在电网电压不平衡时提高锁相环锁相的速度和精度,分析了解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)原理,对解耦的q轴电流比例积分(PI)环节加入变参数的非线性控制方式。此外,为了消除负序电流引起的2次谐波,在解耦消除2次谐波的基础上,加入特定频率点陷波器进行陷波。通过Matlab/Simulink对传统解耦双同步坐标系锁相环和非线性控制锁相环进行仿真,仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。

双同步坐标系解耦滤波器复变量建模与分析

针对解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)传统实变量模型阶数较高、序分量响应不易观察、滤波性能评估困难等问题,提出了一种基于复变量的DDSRF-PLL建模方法。首先,建立了其复变量模型,分析了序分量响应特性,该复变量模型表明正序基波输出模型对负序基波分量实现负无穷大的衰减,同时可得到其他频率序分量的衰减增益;然后,基于提出的复变量模型,设计了二阶低通滤波器以显著增强解耦网络的滤波性能,并进一步分析了高阶低通滤波器的可行性与必要性。研究表明采用二阶低通滤波器即可满足大部分场景下的谐波抑制要求,且具有计算量小、模型阶数低、易于数字实现的优点。实验结果验证了所提复变量模型的正确性与有效性。

基于滑模变结构的解耦双同步参考坐标系锁相环研究

实际电网并不都是理想的状态,针对电网电压背景谐波以及不平衡工况下的相位信息获取问题,提出一种基于滑模变结构的解耦双同步参考坐标系锁相环(DDSRF-PLL)。传统锁相环(PLL)在这种复杂工况下不能快速实时检测电网相位信息,DDSRF-PLL通过提取电网电压正序基波分量,然后通过锁相环进行锁相。提出将滑模变结构引入锁相环之中,能够改善动态响应速度。实验验证了所提方案的有效性。

解耦双同步坐标系下单相锁相环技术

针对单相并网变换器的同步问题,提出了一种基于双同步坐标系的锁相环。将单相输入信号等效为αβ静止坐标系下的正序正交虚拟分量和负序正交虚拟分量之和,通过自解耦网络消除负序基波分量的影响,无需正交信号发生器就可获得输入信号的幅值、相位和频率信息。分析了输入信号存在直流分量、谐波分量、相角突变和起始阶段相角未知等因素对锁相结果的影响,给出了相应的抑制方法。仿真和实验结果表明:在各种非理想电网状态下,该算法都能快速、准确地提取电网电压基波分量的幅值和相位,实现同步信号的检测。

基于模糊PI控制的双同步解耦坐标系三相不平衡锁相环设计

针对传统锁相环在电网电压不平衡时对正序基波分量的幅值和相位不能快速实时检测等问题,提出了一种基于模糊PI控制的双同步解耦坐标系三相不平衡锁相环。该控制系统通过在线调整PI参数能更精确迅速地将电网电压正序基波分量分离,从而实现基波分量相位的快速实时检测。仿真结果表明,与传统单同步和双同步锁相环相比,基于模糊PI控制的双同步解耦坐标系锁相环在电网电压不平衡和发生畸变时能更准确、迅速地检测正序基波分量的幅值和相位。

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。

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。

电网不平衡下双同步坐标系锁相环方法研究

针对PWM整流器或光伏逆变器等应用中,在电网不平衡条件下对电网电压基波正序分量的检测存在较大的误差。提出了采用双同步坐标系锁相环(DSRF-PLL)方案,可以在电网电压不平衡的情况下消除传统的同步坐标系锁相环系统存在的误差。通过将电网电压矢量的正序和负序分量转化到DSRF中,形成一个解耦网络可以完全分离正序和负序分量。由此得到的DSRF-PLL即使在电网不平衡或者频率变化的情况下也可以快速、准确地检测正序电压的相位,同时可以计算得到正序、负序电压矢量分量的幅值和频率。对所提出的锁相环方案进行了详细的理论介绍和方案设计,并且实验测试表明DSRF-PLL在电网不平衡条件下具有较好的锁相能力,验证了该方案的有效性,对工程应用具有一定的指导意义。

双同步坐标系锁相环在AC-LINK充电电源中的应用

为提高电源在电网非理想输入情况下工作的适应性,采用解耦双同步坐标系下的三相锁相环,能够获取电网电压的相位与频率信息,并通过FIR滤波环节提取输入线电压的基波幅值,及时准确地为电源提供控制参数。建立了Matlab/Simulink仿真模型,在三相输入不平衡、频率变化、电压畸变等情况下进行仿真,并基于DSP2812芯片编写了控制程序进行测试。仿真与实验结果表明:在各种电网输入情况下,该方法都能够准确提取输入线电压的幅度、相位以及频率信息,为电源的良好运行提供保障。

电机在线监测的双同步坐标系变换锁相环技术

电压电流的频率和相位角的准确获取对于电机在线监测具有重要的意义,锁相环技术被成熟地应用于电网领域的相位角跟踪中。然而,在变频变压条件下,传统的锁相环存在频率适应性差、相位输出有较大误差的问题,因此,提出了一种基于双同步坐标系变换的锁相环技术,通过电机电压电流正负序分量的分离实现相位角的准确跟踪。最后,搭建了基于STM32的锁相环跟踪监测系统,试验结果证明了该方法的有效性和实用性。

弱电网下并网逆变器锁相环优化方法

针对弱电网条件下并网逆变器锁相环精度易受电网电压畸变、频率偏移、三相电压不平衡以及直流电压偏置等工况影响的问题,本文提出一种适用于弱电网下并网逆变器的解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)优化方法。首先在建立DDSRF-PLL模型的基础上,从理论角度证明电网电压畸变和直流电压偏置是影响传统DDSRF-PLL锁相精度的关键因素;而后利用傅里叶变换具备抗谐波和抗直流偏置干扰的优点,提出基于滑动傅里叶变换(SFT)的频率自适应鉴相器,继而构建适用于并网逆变器的优化解耦双同步坐标系锁相环。在电网电压发生畸变时本文所提锁相环在20 ms内可以完成对电压相位跟踪,在电网电压存在直流偏置的情况下本文所提锁相环能在10 ms内快速跟踪电压相位,且相位超调量在1°以内。实验结果表明,本文所提锁相环在弱电网环境下能快速准确的提取电网电压的频率和相位信息,有助于并网逆变器在电网电压畸变、电网电压直流偏置和电网电压不平衡等复杂工况下降低输出电流谐波含量。

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。

电网故障时基于双输入SOGI-FLL的新型电网快速同步方法

为了提高电网故障时三相电压不平衡、畸变及频率闪变等异常情况下的网侧变流器与电网的同步速度,本文在传统SOGI-FLL电网同步方法的基础上,首次提出通过增加一个输入端口而构建出全新的双输入二阶广义积分正交信号发生器模块(DISOGI-FLL QSG),该模块大幅提高了SOGI和FLL的收敛速度。同时,结合静止坐标系下的电压微分解耦方法和多模块扩展的方法,可以更加快速、准确地提取网侧正负序基波和各次谐波的幅值、频率与相位等信息。最后通过仿真和实验证实,本文所提的三相电网解耦同步方法收敛速度相比SOGI-FLL提高了一倍以上。

三相PWM整流器电流解耦双闭环控制算法研究

基于传统的d-q同步旋转坐标系的电压—电流双闭环控制策略往往忽略电流前向通路的耦合,或在设计解耦控制时使用固定的电感参数,且未考虑电压外环网络的非线性特征,控制性能并不理想。为此,在分析已有控制策略的基础上,基于同步旋转d-q坐标系,借鉴矢量合成的思路,推导和设计了无须电感参数的电流解耦控制网络,从而使电流解耦控制不再依赖于精确的电感参数,排除电感温升和饱和造成其参数变化导致的解耦网络无法正常工作的不利影响,电压外环以输出电压平方量为被控对象,以改善PI控制器的控制效果。据此搭建了仿真和试验平台,通过仿真和试验结果可知所提方法比传统方法有更好的动态性能,并且电感参数变化时不会对解耦网络的正常工作造成影响。因此,在控制性能上所提方法比传统方法有很大改进。

基于霍尔和锁相环的改进型PMSM转子位置估计

为克服开关型霍尔传感器获取的转子位置精度低,无法实现精确控制的问题,研究了一种基于霍尔和锁相环的改进型PMSM转子位置估计方法。该方法包括霍尔信号前馈、反电动势估算和相位跟踪器三个部分。将霍尔信号作为前馈量输入到相位跟踪器中,提高响应速度与电机低速时的估计精度,利用定子电路模型估算出反电动势并将其输入到相位跟踪器中,考虑到电机运行过程中定子参数变化、气隙不均匀和传感器误差,采用解耦双同步参考系锁相环作为相位跟踪器对反电动势的基波相位进行跟踪。实验表明,与传统插值法对比,该方法可以有效跟踪到反电动势的基波相位,提高转子位置的估计精度。

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。

一种快速正交分量构造的单相并网逆变器控制

针对单相LCL型并网逆变器控制系统存在网侧电流跟踪性能差的问题,这里提出基于解耦双同步参考坐标系(DDSRF)的单相网侧电流正交分量构造方法,得到直流形式的网侧正负序电流d,q轴分量,并在正负序d,q坐标系下用比例积分(PI)控制器构建电流控制环路,以实现网侧电流无差跟踪。首先介绍所提DDSRF快速构造网侧电流正交分量的工作原理。其次,分析各电流控制环路PI控制器参数的设计方法。最后,在5 kW单相LCL型并网逆变器硬件平台进行实验验证,实验结果证明了所提控制系统的正确性。

电网电压畸变下的频率自适应锁相技术

针对解耦双同步参考坐标系锁相环DDSRF-PLL(decoupled double synchronous reference frame phaselocked loop)在电网电压畸变时锁相存在较大偏差问题,提出一种频率自适应锁相技术。首先设计了一种用于滤除电网多次谐波和直流电压的新型基于二阶广义积分器的正交信号发生器NSOGI-QSG(novel second order gen?eralized integrator-quadrature signal generator),在此基础上提出一种将NSOGI-QSG与DDSRF-PLL结合的频率自适应锁相环,利用NSOGI-QSG形成频率自适应滤波器和直流控制器,有效实现频率自适应和畸变电压滤波,为解耦双同步参考坐标系锁相环提供稳定的正交信号,从而提高锁相环抑制电网电压畸变的能力。理论分析和仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。