计及风电PSS与PLL耦合对功角振荡影响的DFIG控制参数协调优化

双馈感应发电机(doubly fed induction generator,DFIG)装设电力系统稳定器(power system stabilizer,PSS),有助于抑制同步发电机间功角振荡,但抑制效果受DFIG锁相环(phase-locked loop,PLL)跟踪误差影响。考虑PSS与PLL耦合特性对功角振荡的影响,提出改善振荡抑制效果的DFIG控制参数协调优化算法。首先基于DFIG有功控制的分解等效结构绘制DFIG-PSS与锁相误差的耦合路径,提出耦合特性解析表达。然后建立耦合解析表达对控制参数的轨迹灵敏度向量,以向量2-范数之比定义耦合强度,量化耦合特性对功角振荡的影响程度。最后基于耦合强度指标,提出带有PLL参数动态不等式约束的多步优化模型,以协调DFIG控制参数取值,提高并网系统对功角振荡的抑制效果。仿真结果证实了耦合特性对功角振荡的影响,验证了所提协调优化算法的有效性。

三相电压不平衡下DDSRF-PLL与DSOGI-PLL的锁相误差检测与补偿方法

由于高渗透的分布式电源、多样化的负荷类型以及电网故障等因素,并网点三相电压不仅存在幅值不平衡,而且会出现相位不平衡现象。这种情况下,广泛应用的解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)和双二阶广义积分器锁相环(DSOGI-PLL)无法获得精确的同步信息。为此,该文在论证这两种锁相环具有理论等价性的基础上,阐释三相电压不平衡与锁相误差的内在关系,进而提出一种锁相误差的补偿方法,实现幅值和相位不平衡下的准确锁相。所提方法仅需对电压采样值进行简单计算即可获得不平衡相位和锁相误差,实现开环相位补偿,无需修改原有锁相结构,具有良好的拓展性。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。

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。

基于改进PLL的永磁同步电机ASMO无传感器控制

永磁同步电机无位置传感器控制采用传统滑模观测器法来获取转子位置,由于滑模抖振严重、估计反电势中含有低次谐波干扰及传统锁相环在电机反转时有位置误差等因素,影响转子位置估计精度。通过设计自适应滑模观测器和改进锁相环来解决上述问题。首先采用非奇异快速终端滑模面及改进指数趋近律来降低滑模抖振。其次对传统锁相环鉴相器进行改进并在环路滤波器中引入二阶广义积分器,不仅使电机正反转时能准确提取转子位置信息,还能滤除估计反电势中的低次谐波。仿真结果表明所设计的算法能减小滑模抖振、降低位置跟踪延迟时间及提高位置观测精度。

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。

基于SOGI-PLL载波移相的机车谐波抑制技术

为了抑制机车四象限脉冲整流器在网侧产生的高频谐波,防止车网发生高次谐波共振,提出一种基于二阶广义积分器锁相环SOGI-PLL(second-order generalized integral phase-locked loop)载波移相控制策略。将锁相环输出的电网相位作为同步基准信号,针对网压频率异常波动,快速同步校正PWM载波周期,保证了各单元之间移相角的准确性,获得最优谐波对消效果。同时,该策略对电网谐波和幅值异常跳变不敏感,具有良好的抗干扰性和自适应性。最后通过半实物仿真和地面联调试验,验证了该策略的可行性和对谐波抑制的有效性。

基于IHF-PLL^(3)rd的混合式步进电机主动式阻尼控制

混合式步进电机本身阻尼极小,在实际运行过程中经常会发生振荡过大、甚至失步的问题。为提高步进电机的控制品质,提出一种基于三阶锁相环(third-orderphaselocked loop,PLL^(3)rd)-积分谐波滤波器(integral harmonic filter,IHF)的步进电机主动式阻尼控制方法。首先,主动式阻尼控制是利用同步d-q坐标系调节定子电流,其中控制id恒定为额定电流,调节iq生成瞬时转矩以抑制振荡。其次,为实现转速闭环达到增加电机阻尼的目的,提出一种PLL^(3)rd与IHF相结合的转速观测方法。其中,PLL^(3)rd可消除电机加减速过程中的稳态误差,而IHF可以有效滤除电机反电势中的高次谐波分量,该方法解决了传统微步控制中只减小了振荡幅度但是没有改变控制系统阻尼大小的问题。最后,通过实验验证所提方案的有效性。

弱电网下并网变流器相位裕度的分频段补偿方法

在弱电网条件下,针对并网变流器各控制环节与电网阻抗之间交互作用,容易引发系统振荡而造成失稳问题,文中提出一种分频段相位补偿控制策略。首先,建立dq坐标下的并网变流器输出导纳矩阵模型,针对在低频段由锁相环引起的变流器输出导纳的负阻尼特性,不改变锁相环动态特性而通过分析锁相环对控制系统的影响路径,加入含积分元素的补偿矩阵抵消锁相环的负阻尼影响,同时简化导纳模型;进而,引入仅含常数元素的补偿矩阵实现超前校正,对电流环带宽外的负阻尼进行相位补偿,使导纳矩阵元素在全频段为正实部,为并网控制系统提供正阻尼,从而增强并网变流器的稳定性。最后,通过仿真和实验在不同短路比条件下对文中提出的补偿方案进行验证,证明所提方案的有效性。

风储锁相弹性耦合下的系统次同步振荡抑制技术

通过虚拟刚度建立储能与风电机组锁相间的弹性连接关系是高效抑制锁相环诱发次同步振荡的关键。以机械振动力学为基础,该文首先在风电机组锁相与储能虚拟同步机之间建立相位弹性耦合关系,并定义虚拟锁相刚度。其次,引入虚拟锁相刚度,建立风储弹性系统的两自由度运动模型,分析风电机组相位的幅频响应特性,并基于固定点理论,优化设计风储间整体刚度和阻尼。再次,提出虚拟锁相刚度控制策略,将其嵌入储能虚拟同步机控制系统中,并与虚拟惯量、阻尼环节构建风储弹性耦合控制系统结构。最后,搭建风储高渗透并网仿真系统,验证增设虚拟锁相刚度后,风电机组锁相环诱发的次同步振荡能够得到有效抑制,显著提升系统的稳定性。

电网故障下含直驱风电机组的电力系统频率动态响应分析

电网受扰后基于模型解析的频率响应分析对电力系统安全评估与紧急控制具有重要意义。电网发生故障时,直驱风电机组(DDWT)并网点电压幅值跌落引发控制器暂态响应,同时电压相位突变引发锁相暂态响应,锁相暂态响应又通过变流器控制传导产生功率控制误差,可能导致现有以负荷突变场景为对象的频率特性分析产生较大偏差。为此,提出了电网故障下DDWT锁相偏差的量化方法;解析了锁相偏差经DDWT变流器控制的传导路径,提出了锁相暂态响应导致DDWT功率控制误差的机理及其计算方法;建立了电网故障下含DDWT的电力系统频率响应模型,提出了锁相暂态响应影响下系统频率变化率和最大频率偏差的计算方法,解析了电网故障下考虑DDWT功率控制误差的电力系统频率动态响应特性,并通过算例分析验证了所提方法的有效性。

考虑MAF延时和前馈补偿的高压直流快速锁相环

同步参考坐标系锁相环是高压直流(high voltage direct current,HVDC)同步触发控制系统中广泛应用的一种窄带宽锁相环,在交流系统故障引起相位跳变情况下,其动态响应缓慢。为增大锁相环的带宽,一种滑动平均滤波器(moving average filter,MAF)被前置于锁相环路,然而MAF本身存在响应延迟,制约了锁相环的同步速度。为了缓解响应延迟问题,文中提出一种考虑MAF延时和前馈补偿的HVDC快速锁相环。首先,利用MAF线性暂态特征预测相位变化,并分别针对故障接入和切除引起的相位跳变问题提出不同的补偿策略;接着,利用不变性原理对锁相环路进行前馈补偿,在负反馈控制和前馈补偿共同构成的复合校正控制系统的作用下,锁相环能够在较小PI参数下实现快速响应;最后,将所提快速锁相环在CIGRE HVDC标准模型和三峡—上海直流工程模型中进行仿真验证。结果表明,该快速锁相环能够有效缓解滤波器响应延迟的制约,缩短失锁时间,进而提高高压直流逆变侧抵御换相失败的能力。

计及锁相环动态的单相并网逆变器建模及稳定性研究综述

随着可再生能源渗透率的提高,电网呈现出高电网阻抗的弱电网甚至极弱电网特征,锁相环与电网阻抗交互作用将恶化跟网型逆变器低频稳定性。近年来,诸多文献针对单相跟网型逆变器中的低频振荡问题进行了研究,但缺乏对现有成果系统性地梳理和总结,难以明确进一步的研究重点。为此,该文首先梳理和评述现有计及锁相环影响的逆变器建模及稳定性分析方法,直观地阐述锁相环引起的负阻效应对系统低频稳定性的影响机制,并在此基础上,从改进电流控制环和锁相环角度,系统性地归纳和分析现有各种低频鲁棒性提高方法。最后,总结现有研究在稳定性分析及鲁棒性改进上的不足及研究关键点和难点,指出进一步的研究方向。

考虑PLL和接入电网强度影响的双馈风机小干扰稳定性分析与控制

国内外风电事故表明:风电经远距离线路外送时,系统容易在发生扰动的过程中出现频率为几到几十Hz的功率振荡现象,且其振荡原因难以用传统同步发电机小扰动振荡的机理完全解释。考虑到风电机组主要通过锁相环与电网之间实现功率耦合,从而锁相环动态特性将会影响系统小干扰稳定水平。该文首先建立了含有锁相环动态特性的双馈风电机组–无穷大系统的动态模型;采用特征值分析研究了风机不同运行状态下其接入电网强度变化对风电系统中各个振荡模式的影响规律;然后通过复转矩分析理论解释了风电系统的失稳机理,研究结果表明:锁相环振荡是导致风电系统并入弱电网系统发生小扰动失稳的主要原因。最后,提出一种基于相位补偿的风电机组阻尼控制器来抑制该振荡现象,仿真验证了其有效性。

Design and implementation of digital closed-loop drive control system of a MEMS gyroscope

In order to effectively control the working state of the gyroscope in drive mode, the drive characteristics of the micro electromechanical system （MEMS） gyroscope are analyzed in principle. A novel drive circuit for the MEMS gyroscope in digital closed-loop control is proposed, which utilizes a digital phase-locked loop （PLL） in frequency control and an automatic gain control （AGC） method in amplitude control. A digital processing circuit with a field programmable gate array （FPGA） is designed and the experiments are carried out. The results indicate that when the temperature changes, the drive frequency can automatically track the resonant frequency of gyroscope in drive mode and that of the oscillating amplitude holds at a set value. And at room temperature, the relative deviation of the drive frequency is 0.624 ×10^-6 and the oscillating amplitude is 8.0 ×10^-6, which are 0. 094% and 18. 39% of the analog control program, respectively. Therefore, the control solution of the digital PLL in frequency and the AGC in amplitude is feasible.

基于PLL载频跟踪的电容式叶尖间隙测量技术

针对电容调频式叶尖间隙测量中存在的杂散电容问题和叶尖间隙信号的在线检测需求,设计了基于锁相环(PLL)载频跟踪的测量方案.方案中PLL无差载频跟踪环路能够有效地抑制杂散电容造成的缓慢载频漂移;选择1,MHz的中频频率将信号带宽提高到200,kHz,并设计了峰值采集控制时序以提高系统测量效率;理论推导出并用实验数据验证了信号的非线性模型.模拟实验结果表明,测量系统灵敏度高,具备了高速在线检测能力.

弱电网下考虑锁相环影响的双馈风电机组复合解耦控制策略

在风力发电并网容量快速增长的同时,并网点的短路比同步降低,基于锁相环同步的双馈风电机组面临稳定裕度不足及功率耦合加剧的问题。该文通过构建双馈风电机组在弱电网下的小信号模型,探究锁相环对于电流控制的影响回路,降低系统稳定裕度的机理。进一步提出考虑锁相环影响的复合解耦控制策略,有效提升了双馈风电机组在弱电网下的稳定运行能力。该文通过仿真及实验验证了所提策略的有效性。

一种基于DDS和PLL的Chirp超宽带信号源设计与实现

Chirp超宽带具有峰值平均功率比(peak to average power ratio,PAPR)接近为1、测距定位能力强等优势,能够有效解决传统的超宽带技术存在的PAPR过大、传输距离短等问题,设计并产生Chirp超宽带信号是实现该通信系统的关键技术之一。提出了一种高性能Chirp超宽带信号源方案,通过采用现场可编程门阵列(field-programma-ble gate array,FPGA)控制直接数字频率合成(direct digital synthesis,DDS)芯片AD9956产生低频Chirp信号,并结合锁相环(phase locked loop,PLL)技术实现带宽扩展,从而获得Chirp超宽带信号。实验表明,所设计的Chirp超宽带信号源具有结构简单、可编程、可扩展、性能好及实用性强等优点。

基于功率同步控制的逆变器并网相位误差机理

在并网逆变器中,以锁相环(phase-locked loop,PLL)为代表的电网同步技术得到了广泛应用。然而,由于PLL的引入降低了并网系统的稳定性,使得包括功率同步控制(power synchronization control,PSC)在内的无PLL逆变器控制技术逐渐受到重视。针对PSC的同步技术,现有研究缺乏小扰动下的相位误差模型和理论分析,其同步特性与PLL之间的异同也尚未涉及。为此,在小扰动下首先建立PSC的相位误差模型,并对影响PSC相位误差特性的控制参数进行理论分析。利用所建立模型的频率特性,在相等带宽条件下,对比PSC与传统PLL相位误差之间的差异。仿真和实验证明了PSC相位误差模型的准确性,并且在相等带宽下PSC的同步响应速度显著优于PLL。该文结果可为PSC的控制参数设计、同步理论分析提供一定参考。

适用于微网并网控制技术的改进型EPLL算法研究

快速准确的锁相环技术是保证并网系统安全、可靠并网的关键。针对传统EPLL的固有缺陷,设计了一种改进型EPLL算法,适用于以分布式电源为主的微网并网控制技术。首先,推导出输出电压频率和输入电压幅值之间的耦合关系,使用数学公式进行近似解耦。其次,搭建误差信号的成本函数,利用梯度下降法设计直流偏移量的估算环路,通过闭环负反馈回路消去输入信号中的直流偏置。然后,在锁相算法的所有估算环路中引入滑动平均值滤波器MAF(moving average filter),以增强控制系统的高频谐波抗干扰能力。最后,在Matlab/Simulink软件中搭建了单相锁相环算法的仿真模型,进行对比分析。仿真结果验证了所提算法的正确性和可行性。

基于PLL倍频电路的设计与实现

锁相环由于其高集成度、良好的相位噪声和杂散特性,广泛的应用于通信、导航及遥测等领域。对于锁相环频率合成器,环路滤波器的设计对整个系统的性能起着决定性的影响。基于铷原子钟微波源的需求,文章利用锁相环技术设计了倍频电路。首先论述了锁相环的基本原理和环路滤波器的参数设计方法,然后利用ADS软件对锁相环的环路滤波器进行了设计和仿真。最后,将设计的环路滤波器应用于实际电路,并给出了测试结果。