基于DSOGI-PLL的VSG双机并联系统功率分配控制策略

针对多虚拟同步发电机VSG(virtual synchronous generator)并联运行条件下受扰容易引发功率振荡和频率稳定性降低的问题,提出了一种双二阶广义积分器锁相环DSOGI-PLL(dual-second order generalized integrator phase-locked loop)技术的改进型VSG控制策略。分析了不同工况下VSG双机并联系统对公共耦合点负载增量的分配情况,分析了关键参数对各机组供电容量分配的影响。通过在功频控制器中引入积分环节来实现电力系统频率的二次调节,并采用DSOGI-PLL技术减少VSG输出电能在基频处的扰动,从而抑制多VSG并联运行时受扰的功率振荡程度。仿真结果表明,相比于传统控制策略,该方案能有效减少VSG输出电能在基频附近的扰动,减小了功率振荡,提高了并联运行条件下的输出电能质量,实现了各机组之间能量的合理分配,验证了所提控制策略在并离网模式下的适用性。

形态滤波器结合DSOGI-PLL电压暂降检测法

电压暂降的快速检测是备用电源迅速投入电网的前提。为此,提出一种适用于备用电源无缝切换工作特性的电压暂降检测算法,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,将滤波后的信号经过双二阶广义积分器锁相环处理实现三相不平衡电压的正、负序解耦,从而完成电压暂降的快速检测。仿真结果表明,检测时间小于6 ms,收敛性好,满足了速度性与实时性的要求。检测方法在并网和备用电源等方面有较大应用价值。

一种新型级联CDSOGI-PLL的电网电压同步信号检测技术

基于双二阶广义积分器的锁相环DSOGI-PLL在电网电压含有大量低次谐波时,其滤波效果不理想,锁相环提取的同步信号频率出现波动。在DSOGI-PLL的基础上,提出一种新型的级联锁相环结构CDSOGI-PLL(cascade second-order generalized integrator PLL)。该结构利用级联的SOGI模块同时削弱电网电压中的各次谐波和间谐波,从而减少谐波对锁相环的影响,准确地提取电网电压同步信号。Matlab仿真和实验结果均表明,文中提出的新型CDSOGI-PLL在电网电压不对称和含有大量低次谐波时能有效、准确地提取基波的正序分量、频率和相位。

Unified parametric approaches for high-order integral observer design for matrix second-order linear systems

A type of high-order integral observers for matrix second-order linear systems is proposed on the basis of generalized eigenstructure assignment via unified parametric approaches. Through establishing two general parametric solutions to this type of generalized matrix second-order Sylvester matrix equations, two unified complete parametric methods for the proposed observer design problem are presented. Both methods give simple complete parametric expressions for the observer gain matrices. The first one mainly depends on a series of singular value decompositions, and is thus numerically simple and reliable; the second one utilizes the fight factorization of the system, and allows eigenvalues of the error system to be set undetermined and sought via certain optimization procedures. A spring-mass-dashpot system is utilized to illustrate the design procedure and show the effect of the proposed approach.

一种适用于复杂电网下的高精度锁相环

针对现有并网逆变器在电网电压谐波复杂的情况下难以精确锁定电压频率和相位的问题,结合传统锁相环结构与自适应算法的理论提出一种高精度的锁相方法。依据对传统锁相环在复杂电网下的弊端分析,确定了锁相环采用传统低通滤波器、带通滤波器时的滤波效果与延时的矛盾关系。根据最小均方算法的高自适应特性与快速跟踪特点,结合锁相环中坐标变换公式,确定算法的输入输出以及权重矩阵,构建基于派克变换的最小均方算法矩阵模型。通过将所需的电压正序分量设置为不断更新的权重矩阵来进行高精度的滤波,同时通过引入均方瞬时误差和自相关估计均值来进行变步长控制,提高滤波更新速度,以适用于复杂程度不确定的电网电压进行自适应滤波锁相。对仿真和样机实验的结果表明:采用基于派克变换的最小均方算法的改进型双二阶广义积分锁相方法,可以在不降低动态响应速度的前提下,提高锁相环的滤波效果,进而提高并网逆变器在电网畸变严重场景下锁定电压频率和相位的跟踪精度。

单相整流器二次纹波抑制的有源功率解耦控制算法

为了解决单相整流器中LC谐振回路频率适应性差的问题,引入有源功率解耦电路代替LC谐振回路抑制母线电压二次纹波,选择直流母线电容分裂拓扑有利于减小支撑电容容值。首先,对有源功率解耦电路的工作模态进行分析,建立了单相整流器和分裂电容有源功率解耦回路数学模型。其次,传统解耦控制算法间接计算解耦参考电压,为提高功率解耦效果,采用二阶广义积分器直接提取电压纹波作为电压参考,并提出一种基于滑模观测器的无电流传感器控制策略,滑模观测器降低了解耦电路成本,提高了抗干扰能力。然后,根据整流器性能指标和功率解耦要求,给出了有源功率解耦回路电感和电容设计依据。最后,对不同拓扑结构的单相整流器进行了稳态和动态实验对比,实验结果证明了控制算法的有效性。

基于改进型SOGI-FLL的单相并网逆变器电压控制方法

针对常规基于二阶广义积分发生器的锁频环(second-order generalized integrator based frequency locked-loop,SOGI-FLL)在单相并网逆变器电压控制中对直流及谐波分量抑制能力不足,从而引起输出电压频率、相位振荡的问题,提出一种基于改进型SOGI-FLL的单相并网逆变器电压控制方法。该方法在常规SOGI-FLL控制的基础上,在电压信号输入端加入级联型谐振滤波环节来消除谐波分量;同时引入直流控制环节,借助输入电压误差估计值来消除直流分量,达到电网电压频率和相位快速跟踪效果,从而实现电压的自适应控制。使用MATLAB及RT-LAB硬件在环半实物平台,在频率突变、含直流分量及谐波分量的非理想电网环境中,对二阶广义积分器锁相环、双二阶广义积分器锁频环与改进型SOGI-FLL 3种控制方法进行仿真及实验。结果表明,所提改进型SOGI-FLL控制方法在消除直流及谐波干扰的同时,能在0.025 s内实现频率锁定,且频率偏差小于2%,可增强系统对非理想电网信号的适应能力,实现并网电压的快速跟踪,具有良好动态性能。

SOGI级联SFNF的高频注入无传感器电机控制方法

针对传统脉振高频电压注入法同时应用带通滤波器和低通滤波器导致相位偏移和位置估计误差大的问题,提出一种级联二阶广义积分器(SOGI)和单频陷波器(SFNF)的改进方法,实现位置误差信号的精确和实时提取。研究了脉振高频电压注入法位置观测闭环传递函数的幅频特性,利用SOGI的选频特性提取高频交轴响应电流,并利用SFNF的陷波特性滤除注入信号二次谐波,替代了传统误差信号提取环节中的带通滤波器和低通滤波器,参数整定简便,具备兼顾滤波精度和带宽的优势。搭建实验平台对传统误差信号提取策略和所提SOGI级联SFNF策略进行对比,实验结果表明,本文所提改进方法的响应速度和位置估计精度相比传统方法均有提高:在转速突变过程中转速估计误差降低5.9 r/min,转子位置误差降低0.11 rad;在突加负载时,转速估计误差降低3 r/min,转子位置误差降低0.08 rad,响应调节时间缩短42%,有效提高了位置观测精度和系统的动态响应性能。

无交流侧电压传感器的并网逆变器控制技术研究

传统的三相并网逆变器需要安装交流侧电压传感器,增加并网逆变器成本的同时影响了可靠性。本文研究了一种基于二阶广义积分器的电网电压观测器,并结合了基于电容电流反馈有源阻尼的准比例谐振控制算法,实现了并网电流的精准控制。仿真结果证明这种控制方法的有效性。

基于SOGI高频方波电压注入的永磁直线同步电机无感控制

针对永磁直线同步电机的无感控制技术,为了解决传统高频方波注入法无法准确定位转子位置和转速的问题,提出了基于SOGI高频方波电压注入的无感方法。与传统的高频方波电压注入法不同,为了得到更好的高频电流信号,采用二阶广义积分器提取响应高频电流信号,采用正交锁相环解决反正切函数没有反馈直接放大噪声的影响。为证明无感控制技术的有效性,用Simulink进行了仿真验证。结果表明,基于SOGI高频方波电压注入的无感方法大大降低了误差,缩短了调节时间,提升了响应时间。

复杂电网工况下基于CDSOGI-SPLL的电网电压同步方法

传统锁相环技术在三相电网电压含有直流分量、发生不对称故障以及严重畸变条件下,其检测精度受到直流分量、负序分量及谐波分量的干扰,将不能准确跟踪电网电压频率和相位。针对这一问题,提出一种将相序解耦谐振(SDR)控制器和改进的级联双二阶广义积分器软件锁相环(CDSOGI-SPLL)相结合的锁相方法。该方法首先利用SDR控制器将正负序分量进行分离,然后引入改进的级联双二阶广义积分器(CDSOGI)对正负序分量进行二次分离和谐波抑制,并消除直流分量对CDSOGI输出正交信号的影响。仿真和实验结果表明,在三相电网电压含有直流分量、不平衡和严重畸变情况下,所述方法可以实现电网电压同步信息的准确采集。

基于积分滑模观测器的直线振荡电机谐振频率跟踪控制

现有直线振荡电机(LOM)无位置传感器谐振频率跟踪控制方法存在行程观测精度低、抗干扰能力差等问题,容易导致谐振频率跟踪精度低、频率振荡严重。为提高谐振频率跟踪控制性能,该文研究了一种基于积分滑模观测器(ISMO)的新型谐振频率跟踪控制方法。首先,基于LOM工作在系统谐振频率点时行程-电流相位差为90°的特点,提出一种双互相关函数比值方法,消除了行程变化对谐振频率跟踪控制的影响。其次,采用积分滑模面及新型趋近律设计ISMO,并利用二阶广义积分器获取行程估算信号,大大提高了行程估算精度。最后,对比实验结果表明,所提方法能够有效提高谐振频率跟踪精度、稳定时间及抗干扰能力。

基于内模的DSOGI电网电压锁相方法

电网电压同步化方法是分布式电源接入微电网的关键技术之一,获取相位角的精度直接影响着网侧变流器的控制性能,尤其是在矢量控制系统中。本文以电网谐波为背景,通过建立电网电压谐波数学模型,分析了锁相误差产生的机理,提出一种基于重复控制内模的双二阶广义积分器（DSOGI）锁相方法。所提出的锁相方法通过在DSOGI中嵌入重复控制内模,在基频和各次谐波频率段产生谐振增益,得出的叠加波形通过50Hz陷波器将谐波分离出来,滤除谐波后的基波信号进行正负序电压分离,可准确锁定基波相位角。最后,通过与几种传统的锁相方法进行仿真对比分析,验证了所提方法的有效性和可行性。

基于单相脉宽调制整流技术的宽范围交流可调电抗器

设计一种宽范围交流可调电抗器,在单相脉宽调制整流技术的基础上,基于二阶广义积分算法构造虚拟正交分量,采用dq电流解耦控制算法进行双环控制,使交流侧电流滞后电压90°,实现可调电抗器的运行方式.仿真结果表明,该可调电抗器具有更宽的感抗调节范围、工作电压范围、工作电流范围和功率范围,有望在交流电领域获得更广泛的应用.

光储逆变器自适应分数阶重复控制

HERIC逆变器由于其低漏电流和高效率的特点,在单相光储系统中得到普遍应用,但在非单位功率因数调制下考虑多台光储逆变器并联时,采用下垂控制引起的频率波动会导致逆变器输出电压谐波分量增多、波形畸变等问题。针对该问题,此处提出了基于二阶广义积分器的单相锁相环(SOGI-PLL)和相角补偿相结合的方法去改善波形畸变,同时提出了在固定采样频率下,基于拉格朗日插值法的有限脉冲响应(FIR)滤波器的自适应分数阶重复控制策略,来消除加入下垂控制频率波动造成的电压谐波分量。最后,搭建了实验平台对所提出的策略进行了验证,实验结果表明优化后的策略可以改善逆变器输出电压波形畸变并减小电压谐波,提高了电能质量。

压缩机用直线振荡电机频率跟踪控制

作为一种新型压缩机,直线压缩机具有效率高、体积小、噪声和震动小的优势,但要发挥其效率高的优点,需对驱动频率进行控制,以跟踪其机械谐振频率。针对该特性,提出了一种基于二阶广义积分器(SOGI)和双相关相位检测算法的直线振荡电机频率跟踪控制算法。该控制算法与基于位移电流积平均值(ASCP)的频率跟踪控制算法相比,具有动态响应快、变工况下运行稳定的优点,且增强了对外界干扰的抑制效果,提高了控制系统的稳定性。仿真和实验表明,所提出的控制算法可以快速跟踪电机固有频率,验证了理论的合理性和有效性。

交错图腾柱PFC改进平均电流控制策略研究

针对工作在连续导通模式下,图腾柱无桥(TTPL)功率因数校正(PFC)电路输入电流总谐波畸变率(THD)较大和系统动态响应不足的问题,此处研究了一种两相交错并联图腾柱PFC拓扑结构。根据该拓扑结构,分析了传统比例积分(PI)控制器在电流跟踪控制的局限性,提出了一种优化输入电流THD的PFC复合控制策略。该数字复合控制策略电流内环采用比例谐振(PR)控制器,改善了系统环路的动态响应性能,通过引入自适应陷波滤波器滤除电压外环二次谐波,提高了系统的抗扰动性能。同时采用了基于双极控制的过零点尖峰电流抑制策略,有效改善变换器的输入电流畸变。最后通过二阶广义积分(SOGI)锁相环对变换器电流内环超前效应进行补偿,进一步抑制输入电感电流尖峰。Matlab仿真结果表明,该控制策略可有效地减小网侧电流畸变,相比平均电流控制网侧输入电流THD下降了1.79%,并提升了输出侧的动态响应指标。

基于改进DSOGI-FLL的并网变流器多谐振解耦网络同步方法

电网电压基频正序分量相位和幅值的准确检测是三相并网变流器稳定运行的重要保证。针对传统单同步旋转坐标系锁相环在畸变或不平衡电网下锁相精度低的问题,文中利用双二阶广义积分器锁频环(DSOGI-FLL)设计了一种多谐振解耦网络的电网同步方法。首先,分析了二阶广义积分器锁频环自适应提取电网电压基波和频率的原理;其次,详细分析了不平衡电网下DSOGIFLL的锁频响应特性,提出将负序电压分量考虑在内的增益标准化线性模型,以提升其在不平衡电网下的锁频性能;然后,设计了以DSOGI-FLL为基础的多二阶广义积分器谐振解耦网络,实现畸变及不平衡电网下基波电压信息的准确获取。仿真与实验表明,该方法在电网电压畸变或不平衡情况下均能准确获取电网电压基频正序分量的相位和幅值信息。

改进的广义二阶积分器的高频脉振方波电压注入PMSM无传感器控制

针对传统高频脉振方波电压注入算法的永磁同步电机(PMSM)无传感器控制系统中,使用多个滤波器来提取电流环反馈电流与高频响应电流,从而获取转子位置信息造成的系统延迟以及估计误差较大的问题,提出一种基于广义二阶积分器的无传感器控制策略。首先,与其他利用广义二阶积分器自身特性只提取高频方波响应电流检测转子位置方法不同的是,所提方法先在电流环双环控制中用广义二阶积分器对反馈基频电流信号进行提取;其次,在此控制系统的基础上,转速环用广义二阶积分器对包含电机转子位置信息的高频响应电流信号进行提取,并重新对广义二阶积分器进行了设计,在其结构上加入了高阶巴特沃斯滤波器,提高了抗谐波的衰减能力,改善了其动态性能。最后,在Simulink搭建了仿真模型并进行验证。实验结果表明,该方法相比于传统方法具有更好的动态性能和抗干扰能力。

适用于铁路牵引所的储能功率变换器控制策略

针对富含背景谐波的铁路牵引所储能功率变换系统(PCS)存在并网电流质量差的问题,此处提出多二阶广义积分正交分量构造(MSOGI-QSG)的方法,构造网侧电流基波和谐波正交分量,并在d,q坐标系下用比例积分(PI)控制器构建电流基波和谐波控制环路,从而实现网侧电流基波无差跟踪和谐波抑制。首先,介绍所提MSOGI-QSG的工作原理,其次,在静止坐标系下,分析各电流控制环路PI控制器参数的设计方法,最后,搭建5 kW单相PCS硬件平台进行实验验证,实验结果证明了所提控制策略的正确性。