弱连接VSC的锁相环同步暂态稳定综述

聚焦于单个弱连接电压源变流器(WG-VSC)系统在对称故障等大扰动下的锁相环同步暂态稳定性问题,梳理总结了其研究现状,包括暂态失稳现象、稳定机理、量化分析方法、稳定性提升控制措施等.实际运行控制中,从参数空间的角度分析以VSC注入有功/无功电流为参数空间的暂态稳定域更为直观,因此定义该暂态稳定域为电流可行域,并综述了相关研究工作.最后从多WG-VSC并联系统、不对称故障下、电压源虚拟同步型或构网控制下、不同锁相环的影响分析等方面展望了锁相环同步暂态稳定性问题的发展与应用前景.

基于LMI优化法的多VSC接入弱网下的锁相环同步暂态稳定性分析

本文针对弱连接条件下多电压源变流器并网系统的锁相环同步暂态稳定性进行研究。首先,建立适用于分析多电压源变流器并网系统锁相环同步尺度下暂态稳定性的降阶数学模型。然后,基于线性矩阵不等式优化法构建多电压源变流器并网系统的最大估计吸引域,并根据该最大估计吸引域揭示故障点电压大幅跌落时,系统存在小扰动稳定平衡点的情况下仍出现暂态失稳的原因。最后,在PSCAD/EMTDC搭建多电压源变流器接入弱网系统的详细开关模型进行仿真,仿真结果验证了本文构建的降阶数学模型及最大估计吸引域的有效性及可行性。

锁相环同步型变流器并联系统暂态同步稳定分析

多锁相环同步型变流器系统在大扰动下易出现暂态同步失稳问题。探究变流器间交互机理及其对暂态同步稳定性的影响是保证多变流器系统遭受大扰动后安全稳定运行的关键。为此,该文以锁相环同步型变流器并联系统为研究对象,通过建立并联系统暂态交互模型,发现变流器间交互作用由互阻抗压降项决定,且主要受注入电流相角的影响。基于此,在计及该交互作用动态特性的基础上,利用等面积定则揭示变流器间暂态交互机理,并量化不同注入电流相角对并联系统暂态同步稳定性的影响。研究结果表明,当互阻抗压降项与自阻抗压降项取值的正负号相反时,变流器并联系统的暂态同步稳定性将得到显著提升。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真和RT-LAB半实物实验平台验证了理论分析的正确性。

基于最大估计吸引域的VSC接入弱网下的锁相环同步暂态稳定性分析

针对锁相环同步的弱连接电压源变流器(weakgrid connected voltage source converter,WG-VSC)系统的暂态稳定问题,该文首先应用线性矩阵不等式优化法构建WG-VSC系统的最大估计吸引域(largest estimated domain of attraction,LEDA),并将LEDA与基于LaSalle不变集定理的能量函数法和平方和规划法构建的LEDA进行详细对比,验证了所提方法在刻画LEDA方面具有更低的保守性。然后从保证故障穿越控制过程中的锁相环暂态同步稳定作为切入点,首次提出WG-VSC系统在电网对称故障大扰动下的有功/无功电流设定值可行域概念,并基于线性矩阵不等式方法刻画的LEDA,提出该可行域的求解算法,分析了典型参数对该电流设定值可行域的影响。该可行域为故障过程中的有功和无功电流设定值提供了切实可行的指导依据。最后在PSCAD/EMTDC中搭建了基于详细开关模型的WG-VSC系统仿真算例,通过多种暂态仿真工况验证了该文所构建的LEDA和电流设定值可行域的有效性和可行性。

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。

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。

消除直流分量影响的并网变流器同步参考坐标系锁相环方法

在同步信号提取中,电网暂态故障、电网电压采样环节和信号处理环节等都会不同程度的将直流偏置分量引入到三相输入电压中,它们将会对同步信号的提取产生影响。在同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)中,坐标变换将输入直流分量转化为50Hz的dq轴交流分量,影响同步信号提取的性能。本文以SRF-PLL为基础,在dq输出信号通路中加入正弦幅值积分器(SAI)单元,提出一种消除SRF-PLL同步信号提取中直流偏置分量影响的方法。该方法通过正弦幅值积分器单元实现了dq轴分量中的直流分量和交流分量的分离,消除了输入电压直流分量对同步信号的影响。文中讨论了该方法的数学模型和参数设计,并与SRF-PLL等方法进行了性能对比,仿真和实验结果验证了文中所提方法的有效性。

三相同步锁相环(SRF-PLL)的参数优化及其工程应用设计

系统阐述了基于纯软件算法的三相同步锁相环（Synchronous Reference Frame Phase—LockedLoop，SRF-PLL）的原理。通过分析其抗扰性能。指明无须额外的结构改进（如增加数字滤波、提高系统阶数等），只要优化设计合适的环路滤波器参数。就可以实现目标电压在三相不平衡和畸变条件下的精确锁相。通过Matlab-SISOT00L工具进行参数设计。分别在基于Simulink的软件平台和TMS320C6713芯片的硬件平台上，进行了仿真和实验的论证。实验中将参数优化设计锁相环与加数字滤波器锁相环的输出进行了比较，进一步证明了参数优化的有效性。此外，

电网电压不平衡跌落下同步参考坐标系锁相环瞬态响应分析

网侧电压跌落是三相并网变流器运行时的常见工况之一。分析变流器锁相环的瞬态响应有助于提高装置耐受电网故障的能力。基于三相电压型PWM整流器及锁相环的数学模型,以单相电压跌落故障为例,给出了计算同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)相角输出的二阶非线性微分方程,进而由Mathematica软件计算给出数值解。通过Simulink仿真验证了方程的正确性。通过方程分析和仿真对比,得出锁相环PI环节参数影响故障电流波形规律。可知部分情况下,不当的积分参数会导致系统电流出现发散。通过数字物理混合实验验证了仿真结果和理论分析的正确性。

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。

新型电视机中的锁相环全同步视频检波技术

剖析了准同步视频检波电路存在的问题，介绍了锁相环全同步检波电路的原理和特点，给出了实际应用电路。

基于平面电感角位置传感器的双同步参考系锁相环

基于近几年新兴的低成本、高精度且适应恶劣环境的平面式电感角位置传感器,针对其输出信号进行角位置和角速度的解码研究。平面式电感角位置传感器输出信号需要经过解调得到正弦、余弦两路信号。通常这两路信号幅值不相等且相位相差不是90°(两路信号失衡)。传统的解码方法同步参考系锁相环只能从平衡的正弦、余弦信号中获得正确的角位置和角速度,而无法在信号失衡的情况下正常工作。本文提出双同步参考系锁相环,该方法能在信号失衡的情况下获得正确的角位置和角速度。仿真和实验工作均验证了双同步参考系锁相环解码方法的有效性。

锁相环全同步视频检波技术

本文分析了准同步视频检波电路存在的问题 。

弱电网下自适应同步旋转坐标系锁相环鲁棒性分析及研究

在可再生能源渗透率较高的弱电网下,由于电网阻抗的存在,锁相环输出相角的动静态性能变差,进而引起入网电流发生畸变。通过零极点分析表明,电网阻抗、并网电流幅值以及功率因数角的增大会减小锁相环系统的阻尼。为此,该文提出一种自适应锁相环控制策略,可依据扰动量大小实时调节锁相环系统的阻尼,减小电网阻抗、并网电流等扰动量的增益,增强锁相环的鲁棒性,从而提高逆变器系统对弱电网的适应能力。最后,仿真与实验验证了所提控制策略的可行性和有效性。

电网畸变条件下有源电力滤波器同步锁相研究

电网畸变条件下,如频率脉动、电压谐波过大和存在直流分量时,会导致有源电力滤波器的锁相精度下降,为此提出了一种由滑动平均滤波器(MAF)和同步锁相环(SRF-PLL)组成的有源电力滤波器同步锁相方法,该方法在同步旋转坐标系中利用滑动平均滤波器(MAF)从畸变电网信号中提取精确的基波正序分量,保证了SRF-PLL无静差、高精度的跟踪电网的相位,从而使有源电力滤波器在电网畸变条件下具有很好的适应性,仿真和试验结果验证了该锁相方法的有效性和优越性。

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。

实现相位和频率检测解耦的快速锁相环

同步旋转坐标锁相环(SRF-PLL)及其改进型锁相环的相位与频率紧密耦合,电压相位发生突变而频率不变的情况下,检测得到的频率会经历一个暂态过程,导致频率检测的不准确。为此,在准一阶锁相环(QT1-PLL)结构基础上,增设解耦单元,提出改进型准一阶锁相环(MT1-PLL),实现相位与频率检测的解耦。为提高MT1-PLL对不对称、谐波等的抗干扰能力,将级联延迟信号消除法(CDSC)滤波与数学运算滤波结合成前置滤波模块,提取基波正序电压。该前置滤波模块能够滤除2次谐波,且整个滤波过程耗时仅为0.635个周期。同时,考虑了电网频率偏移、信号采样频率的影响,采用误差前馈的方法补偿它们在滤波模块造成的相位误差。最后,在PSCAD/EMTDC中设置各种工况,仿真验证了MT1-PLL、滤波模块以及相位误差消除方法的有效性。

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。

一种基于滑动平均滤波器的同步锁相算法研究

提出了一种基于滑动平均滤波器的三相软件锁相环,在αβ轴上添加延时信号消除器滤除直流分量和可能存在的偶次谐波,改进传统PLL的控制结构,克服了硬件锁相环存在漂移、失锁、抖动和依赖过零点检测等缺点,避免了传统软件锁相环难以兼顾稳态检测精度和动态响应速度的不足。采用时域仿真将该方法与传统锁相算法进行对比分析,结果表明,该算法在三相电压跌落、不平衡、频率跳变以及出现直流分量时均能够准确快速地提取基波正序电压的幅值、相位和频率。