光伏并网逆变器中锁相环的比较研究

可再生能源发电的背景下,光伏太阳能将成为世界上最大的清洁能源来源之一。要将光伏系统产生的电能连接到电网,要求输出电压在振幅、相位和频率上与电网同步。其中,正是锁相环负责系统的同步工作。文章比较了同步参考系锁相环、二阶广义积分器锁相环、增强型锁相环和正交锁相环4种锁相环结构,并对各锁相环结构的谐波抑制能力进行了评估。

基于预测无差拍算法的永磁同步发电机无传感器控制

针对永磁同步发电机(PMSG)提出了一种基于预测无差拍算法的高性能无传感器控制方案。为了获得出色的无传感器控制性能,提出对引入无差拍控制器的估算反电动势进行串联补偿,在改善系统稳定性的同时,实现了定子电流的无静差跟踪。随后,基于Luenberger算法对定子电流超前预测,补偿数字控制一拍滞后的影响,并在维持系统稳定性的前提下,根据离散控制模型设计控制器参数,以改善定子电流环的动态响应及其适应电机参数变化的鲁棒性。在此基础上,基于估算反电动势的同步锁相环(SRF-PLL)能够快速、准确地观测转子的位置角和转速信息,并实现电机控制的同步定向和速度反馈调节。最后,基于10kW永磁同步发电机建立模拟的直驱式发电机组,对本文所提控制方案的有效性和可行性进行了仿真分析和实验验证。

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。

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。

电网畸变条件下有源电力滤波器控制技术研究

基于电网畸变条件下传统控制方案造成有源电力滤波器谐波补偿效果不佳的问题,提出了一种改进的控制方案,该方案主要由改进同步锁相环(SRF-PLL)、改进谐波检测方法和自适应谐振电流控制器组成。改进的同步锁相环(SRF-PLL)利用滑动平均滤波器准确提取畸变电网电压基波正序分量,实现了SRF-PLL无静差、高精度的跟踪电网相位;改进的检测谐波方法采用滑动平均滤波器代替低通滤波器进行直流量提取,克服了传统检测法因低通滤波器导致实时动态性不强的缺陷;采用PI+VPI(矢量比例积分)电流控制方案,实现了有源电力滤波器在电网畸变条件下优异的电流控制性能,建立了一个5kVA三相有源电力滤波器实验平台,验证了本文提出控制策略的优越性。

Power Control Based on State Space Strategies for Grid⁃Oriented Inverters with LCL Filters

Through a third⁃order mathematical model of grid⁃oriented LCL⁃type converters,this paper analyzes the complicated dynamic characteristics and resonance problems which may influence the system stability.To realize active damping for LCL filters and improve dynamic performance of current regulators,a state space current PI controller is proposed whose parameters can be tuned based on the polynomial equations approach.An extended state observer is integrated with the regulation scheme,where additional sensors are not necessary in contrast with conventional active damping strategies.Synchronous reference frame PLL(SRF⁃PLL)equipped with filter technology is proposed for grid voltage disturbance suppression.This method is then applied to establish a double⁃closed⁃loop power regulator that demonstrates improved performance compared with other controllers.The simulation results are displayed to illustrate the efficiency of the regulation methods.

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。

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。

静止无功补偿装置中的全数字频率自适应锁相技术

当电网不平衡和电压畸变的情况下,传统的基于dq同步坐标变换的三相同步锁相环(SRF-PLL),存在无法准确锁定电压相位及频率的不足,不能很好满足静止无功补偿装置(SVC)的应用要求。基于目前存在的难题,提出一种易于工程实现的全数字频率自适应锁相技术,利用频率自适应相序检测器的正负序完全分离性能及其滤波特性,准确锁定电压正序基波频率和相位;给出此锁相技术在SVC主控装置中的数字实现方案,搭建基于主控装置控制算法源程序的SVC控制系统仿真模型。根据某炼钢企业电弧炉系统实际运行参数,对提出的锁相环性能进行仿真研究,PSCAD/EMTDC仿真结果表明,在电网不平衡和电压畸变时该锁相环可以准确锁定相位频率,且锁相性能不受系统频率偏差和波动的影响。

基于无线网络适配器的射频电路设计技巧和实现

以基于802.11g的无线网络适配器的PCB设计为例,根据射频电路工作的特点,集中探讨与RF电路板分区设计有关的各种问题,并给出了一些仰制PLL杂散信号的意见和方法。

结合旋变误差补偿的轴角数字转换器研究

旋转变压器作为一种常用的电机转子位置检测装置,其检测精度直接影响整个控制系统的性能。为了获得高精度的转子位置信息,研究了一种结合误差补偿的软件旋变轴角数字转换器(RDC)。首先,研究采用基于三相同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)的位置角求解方法,滤除旋转变压器输出信号中的高频抖动分量;然后,针对旋转变压器输出信号中的零位误差、正交误差和幅值误差的影响研究采用椭圆假设算法进行消除,并研究采用谐波分离法实现对信号中的谐波误差补偿;最后,搭建仿真模型和试验平台进行了分析验证。仿真与试验结果证明了所提方法的有效性。

应用于并网逆变器的锁相环关键技术

电网电压的相位和频率,是关系到并网逆变器控制信号参考值获取,保证并网逆变器系统平滑、可靠、稳定运行的重要信息。锁相环技术作为获取电网电压相位和频率的关键技术,是国内外学者研究、讨论的重点。根据不同性能的需要,国内外学者对锁相环技术做了大量研究,这些专门研究锁相环的文献相对复杂。首先对目前常用的单相同步坐标系锁相环正交信号的生成和单相锁相环谐波的剔除加以介绍;由于三相锁相环一些技术和单相锁相环相同,对目前常用的3种三相锁相环进行简要介绍。最后指出:鉴相器算法的提高和如何剔除谐波干扰,是未来的锁相环(phase-locked loop,PLL)技术发展最为关键的2个方面。