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。

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。

电网不对称故障下VSC-HVDC控制策略研究

针对电压源型换流器的直流输电系统(VSC-HVDC)交流侧发生单相接地故障这一现象,通过d-q坐标变换推导了VSC-HVDC暂态正负序数学模型。针对电网正序分量在负序同步旋转坐标系(SRF)中表现为二倍频分量,与负序分量在正序SRF中表现为二倍频分量这一情况,提出基于积分方法,通过线性组合来进行消除。控制策略为外环采用抑制负序电流控制策略和抑制直流电压波动控制策略,内环则是基于反步法的双序SRF的双电流内环控制策略。这样不仅可以对正负序分量进行独立控制,而且可以对不对称故障产生的影响进行二次消除。在Matlab/Simulink环境下,对VSC-HVDC系统受端发生单相接地故障进行实验,结果表明所提控制策略的有效性。

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。

一种基于同步旋转坐标变换的单相锁相环新算法

单相锁相环技术对于一些需要电压相位信息的控制场合具有重要意义。本文提出一种单相锁相环新算法,算法基于同步坐标旋转变换,通过反馈解耦的方法简化了锁相环的结构,同时避免了滤波器带宽受到系统动态性能要求制约的问题。文中在介绍基于同步旋转变换的单相锁相环方法基础上,给出了改进算法的推导过程,并对新算法中的调节器参数进行了设计。仿真与实验结果验证了该新算法的有效性。

基于双dq坐标变换的三相电压锁相环的研究

提出了一种三相电压不平衡情况下,三相电压基波频率、正序电压分量和负序电压分量相位锁定方法。正序dq坐标变换时,负序电压分量将在dq轴电压分量上产生交流分量,导致基于dq坐标变换的三相电压锁相环存在误差;通过提取负序dq坐标变换中dq轴的直流电压分量,对正序dq坐标变换q轴电压分量进行补偿,从而准确快速锁定正序基波电压相位。通过负序dq坐标中d轴和q轴的直流电压分量检测负序电压初相角,锁定负序电压相位。仿真结果表明,该方法能够快速准确地锁定三相电源在不对称情况下的基波频率、正序电压相位和负序电压相位。

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。

电网不平衡情况下一种新型PLL的设计与实现

在电网电压不平衡的情况下,传统三相锁相环(PLL)输出的电网电压幅值和相角会发生严重畸变,从而导致三相PWM整流器的运行性能下降。这里提出改进的PLL,该方法基于解耦双同步参考坐标系(DDSRF),通过交叉解耦滤除基波正序和负序分量中的高次谐波,得到不含谐波的电网电压基波正序和负序分量,从而获取准确的电网基波正序电压空间矢量的幅值和相角。仿真和实验结果验证了该方法的正确性。

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。

考虑信号幅值和正交误差的旋转变压器解码算法

在传统同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)解码算法的基础上介绍了一种双同步参考坐标系锁相环(DSRF-PLL)解码算法。由于旋转变压器在实际应用中受本体设计及信号处理电路的影响,其输出往往为包含误差的非理想信号,其中幅值不平衡和相位非正交误差占主要地位。DSRF-PLL算法将非理想信号分解成一个正序电压分量和一个负序电压分量,通过双同步坐标系(DSRF)和解耦网络结构单元来达到消除幅值不平衡和相位非正交两种误差的目的。在MATLAB/Simulink环境下搭建仿真模型对DSRF-PLL解码算法进行了仿真验证。仿真结果表明该算法在抑制旋转变压器输出幅值平衡和相位非正交误差方面的有效性。

船舶电网改进型DDSRF-PLL相位跟踪方法研究

为解决船舶电网电压不平衡和含有谐波的条件下锁相不准确问题,考虑到广泛使用的解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)和二阶广义积分器(SOGI)的滤波功能,文章设计一种基于改进型双二阶广义积分器滤波的解耦双同步坐标系锁相环。在Matlab/Simulink仿真平台上,分别在电网电压单相跌落20%且含有20%的5次谐波的情况下,对传统DDSRF-PLL和改进型DDSRF-PLL进行仿真试验。试验结果表明:采用改进型DDSRF-PLL,能够滤除电网电压中的特定次谐波,提高DDSRF-PLL稳定性,实现精确锁相功能,并准确分离出在dq坐标系下的电网电压正、负序分量。

电网不平衡时三相VSR变流器解耦控制策略研究

三相VSR变流器安全可靠运行要求其控制器可以快速准确地锁定正序基波电压分量的相位和频率,针对变流器在电压不平衡和畸变时产生非特征谐波,且三相电流不平衡,损耗增大等问题,本文提出一种基于解耦双同步参考坐标变换的控制策略,通过双dq变换和解耦计算检测出不平衡电网电压中正序分量和负序分量的参数,为变流器控制器消除电压不平衡影响提供信息和依据,在各种电压不平衡情况下进行了仿真实验,结果验证了该控制策略的正确性和有效性.

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。

统一潮流控制器同步锁相技术研究

快速准确地锁定电网电压相位角并提取对称分量是统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)控制策略的基础。提出一种基于双向同步旋转坐标系和交叉解耦消除二倍频分量的同步锁相技术,利用Matlab和UPFC小模型平台,对电网存在电压谐波、三相不对称短路及频率突变等严重干扰情况下的同步锁相性能进行了建模仿真和实验验证,并对比了这种新型锁相技术与基于Park变换的锁相技术的性能差异。仿真和实验结果表明,所提出的新型锁相技术,即使在恶劣电压环境下也能快速、准确地锁定相位,作为UPFC的同步锁相环具有更强的适应性。

基于双同步坐标系的解耦锁相环在并联型APF中的应用

针对电力系统中的电能质量问题和有源滤波器的锁相环节的准确性对滤波效果的影响,在对谐波和无功产生的原因进行分析的基础上,对有源滤波器(APF)改善电能质量的有效性进行了阐述。在电网电压平衡和不平衡、频率变化等各种环境下,在仿真平台Matlab/Simulink上对两种软件锁相环(SPLL)的锁相跟踪能力进行了比较。根据仿真结果,提出了将鲁棒性更好的基于双同步坐标系的解耦软件锁相环代替传统锁相环,并应用在有源滤波器中。研制了一台基于TMS320F28335DSP的有源滤波器样机,分别在电网电压平衡、不平衡以及负载突变等情况下进行了一系列实验,观察了APF样机在不同工况下的滤波效果。实验结果表明,应用了该锁相技术的有源滤波器具有较好的滤波效果和较强的电网环境适应性。

考虑电网阻抗耦合的模块化多电平换流器交直流侧阻抗通用计算方法

以模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)为技术路线的柔性直流输电技术在风电接入、电网异步互联等领域迅速发展。MMC的阻抗建模是分析柔性直流输电系统振荡起源的重要依据。文中分析MMC在交、直流侧激励下的谐波传递机制,建立一种适用于交、直流侧阻抗计算的通用方法。对一次系统频域建模关联了MMC所连接的交、直流侧网络阻抗,并考虑包含解耦双同步参考坐标系锁相环及负序内环控制在内的全部控制模块。通过求解线性方程组对MMC阻抗进行计算,并在PSCAD/EMTDC环境中对双端背靠背MMC系统在多种工况下1~5kHz频段内进行扫频,验证该方法的准确性,并详细分析网络阻抗耦合、控制链路延时、功率等级、负序内环和外环控制等因素对MMC阻抗的影响。

双绕组感应发电机静止励磁调节器的锁相环研究

双绕组感应发电机具有随负载变化调节励磁磁场、保持负载电压恒定不变的优点,通过静止励磁调节器输出的有功电流控制母线电压、无功电流控制负载电压,两者经过坐标变换形成反馈电流,实现系统的闭环控制。锁相环(PLL)为坐标变换提供相位信息,选用合适的PLL可以提高坐标变换的动静态性能,为控制系统提供快速准确的反馈信息。分析了双绕组感应发电机励磁电压的特点,分析了双dq变换PLL、延时信号对消PLL、基于延时信号对消的滑动平均滤波PLL的各自工作特点,最后优选了基于延时信号对消的滑动平均PLL检测励磁电压相位。

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。

基于双同步旋转坐标的单/三相通用锁相算法设计

提出了一种新型单相/三相通用锁相环算法。该算法将单相电压、三相电压统一视为三相不平衡信号,在双dq同步旋转坐标系上进行投影,利用二倍频分量提取网络来实现正序信号、负序信号的快速解耦,有效提高了锁相环低通滤波器的截止频率;同时,利用正序直流d/q比值作为锁相环反馈量,克服了交流母线电压幅值变化的影响;同时还介绍了算法的结构和原理,建立了锁相环传递函数。考察了锁相环传递函数的零极点分布,分析了采样周期、低通滤波器截止频率对锁相性能的影响。最后,进行了仿真和实验,证明了该算法的有效性。

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。