三相電壓不平衡條件下鎖相環(huán)設(shè)計課件

1、三相電壓不平衡條件下鎖相環(huán)2011年11月Company LogoContentsClick to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add TitleCompany Logo基于低通濾波器的鎖相方法 為了避免檢測過零點帶來的問題， Karimi-Ghartemani.M和Reza Iravani.A提出了基于低通濾波器的鎖相方法，其原理如圖2-2所示。三相電網(wǎng)電壓從三相靜止坐標系轉(zhuǎn)換為兩相靜止坐標系，利用常見的低通濾波器濾除電網(wǎng)中的諧波干擾，然后對信號進行標么化處理，從而得到電網(wǎng)電壓

2、的相位，旋轉(zhuǎn)矩陣R用于補償濾波器所造成的相位滯后。參考文獻 Method for Synchronization of Power Electronic Converters in Polluted and Variable-FrequencyCompany Logo基于低通濾波器的鎖相方法對于這種方法而言，在設(shè)計低通濾波器時，需要在系統(tǒng)濾波器的魯棒性和動態(tài)響應(yīng)之間做出折中的選擇，較低的截止頻率可以抑制系統(tǒng)諧波對相位檢測的干擾，但是也相應(yīng)的降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。另外，這種方法需求得反三角函數(shù)值，計算速度較慢，尤其在系統(tǒng)頻率變動和三相電壓不平衡時，對畸變電壓的抑制作用弱，因此無法正確鎖相。缺點C

3、ompany Logo基于空間矢量濾波器(SVF)的鎖相方法主要缺點 此鎖相方法在穩(wěn)態(tài)情況下不會產(chǎn)生任何相位滯后，其主要缺點仍然是對電網(wǎng)電壓頻率變換以及三相電網(wǎng)的不平衡非常敏感。Company Logo基于擴展卡爾曼濾波器(EKF)的鎖相方法卡爾曼濾波器可以用來估計電網(wǎng)電壓幅值、相位以及頻率的狀態(tài)向量主要缺點基本原理這種方法是建立在具有充分的狀態(tài)空間模型能夠反映狀態(tài)向量的變化的基礎(chǔ)之上的。而在各種各樣的電網(wǎng)畸變情況下如何準確的設(shè)計濾波器使之適應(yīng)狀態(tài)向量的變化是十分困難的事情。另外這種方法同樣不能解決三相電網(wǎng)不平衡帶來的問題，而且卡爾曼濾波器龐大的計算量更加地限制了這種方法的應(yīng)用范圍。Compa

4、ny Logo并網(wǎng)變換器對鎖相環(huán)的基本要求（1）電網(wǎng)電壓經(jīng)常發(fā)生跌落、閃變等動態(tài)電能質(zhì)量問題，并且這些異常的出現(xiàn)均是不可預(yù)計而且需要及時補償?shù)?。所以要求并網(wǎng)變換器能夠?qū)﹄娋W(wǎng)電壓相位的變化在ms級的時間內(nèi)能做出快速的響應(yīng)，即要求并網(wǎng)變換器的鎖相方法要有良好的動態(tài)性能，保證當電壓跌落和驟升時不對鎖相性能造成太大影響。（2）三相電壓不平衡時，要求電力電子裝置的鎖相方法能夠捕獲正序基波分量的相位，對三相不平衡情況有很強的抑制作用。（3）鎖相環(huán)應(yīng)該能快速檢測到電網(wǎng)電壓發(fā)生相位、頻率突變等問題。（4）要求鎖相方法對畸變電壓要有很強的抑制作用。（5）對于一些電力補償裝置如動態(tài)電壓恢復(fù)器，鎖相方法不僅要實時檢

5、測網(wǎng)側(cè)電壓的相位，而且要實時監(jiān)測網(wǎng)側(cè)電壓的幅值變化狀況用來判斷并決定電力補償裝置的工作模式。Company Logo基于單同步坐標系的軟件鎖相環(huán)（SSRF SPLL）基本原理Company Logo基于單同步坐標系的軟件鎖相環(huán)（SSRF SPLL）假設(shè)電網(wǎng)電壓為三相平衡電壓，因此可以表示為將電壓信號從a b c三相坐標變換到坐標(clarke變換)為從,坐標變換到d ,q同步旋轉(zhuǎn)坐標(park變換)為Company Logo基于單同步坐標系的軟件鎖相環(huán)數(shù)學模型： 將鎖相誤差輸入PI調(diào)節(jié)器，為加快鎖相速度，將輸出值加上初始工頻角頻率0，從而得到鎖相的角頻率輸出，經(jīng)過積分得到鎖相相位值。由數(shù)學模型

6、可見，鎖相環(huán)實質(zhì)上是一個反饋控制系統(tǒng)，它與常規(guī)控制系統(tǒng)不同之處在于：常規(guī)控制系統(tǒng)采集的是經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換或直接從系統(tǒng)采集的電壓或電流信號，而PLL采集的則是相位信號。Company LogoDiagramCompany LogoDiagramCompany Logo基于雙同步坐標系的解耦軟件鎖相環(huán)在三相電網(wǎng)電壓不平衡時，根據(jù)對稱分量法，將電網(wǎng)電壓矢量（只考慮基波電壓）描述為正序電壓分量、負序電壓分量和零序電壓分量三者的合成，即 k=0,1,2分別為正序、負序、零序基波電壓的初始相位角。坐標變換Company Logo基于雙同步坐標系的解耦軟件鎖相環(huán)電網(wǎng)電壓矢量在坐標系下可描述為從上式中看出，在坐標

7、系上電壓矢量可分解為以角頻為旋轉(zhuǎn)的正序電壓分量和以角頻率為旋轉(zhuǎn)的負序電壓分量組成 。 它是由兩個旋轉(zhuǎn)坐標系組成，一個是以角頻率為旋轉(zhuǎn)的坐標系，旋轉(zhuǎn)的角度為另一個是以角頻率為旋轉(zhuǎn)的 坐標系，旋轉(zhuǎn)的角度為Company Logo解耦網(wǎng)絡(luò)的建立Company Logo解耦網(wǎng)絡(luò)的建立Company Logo解耦網(wǎng)絡(luò)的建立采用了如圖所示的解耦單元 Company Logo基于雙同步坐標系的解耦軟件鎖相環(huán)通過以上的分析可以知道正負序dq坐標系下，輸出電壓之間存在一定的聯(lián)系可以對其進行解耦計算，可得Company Logo基于對稱分量法的單同步坐標系的鎖相環(huán) 基本原理:是首先通過計算將不平衡電壓中的正序分量

8、分解出來，然后將正序分量作為SSRF SPLL的輸入，從而抑制了電壓中的負序分量所導致的2次諧波分量的影響。正序分量可以通過如下公式分解出來:Company Logo基于對稱分量法的單同步坐標系的鎖相環(huán)Company Logo三種鎖相環(huán)的比較 當三相電壓平衡時，三種鎖相環(huán)都能夠準確鎖相，在相同的PI控制參數(shù)條件下，SSRF SPLL的動態(tài)響應(yīng)速度較快。 當電壓發(fā)生頻率、相位突變時，三種鎖相環(huán)都能及時、快速的進行重新鎖相。 當三相電壓中含有低次諧波時，SSRF SPLL抑制諧波的能力較差，只能靠降低帶寬來減弱諧波的影響，卻大大地影響了動態(tài)響應(yīng)速度。DDSRF SPLL因自身含有濾波環(huán)節(jié)，對諧波有

9、一定的抑制作用。EPLL-SSRF SPLL是通過二次濾波后，再進行鎖相，抑制諧波的能力較強。 當電網(wǎng)電壓發(fā)生偏移時，DDSRF SPLL和SSRF SPLL的鎖相效果不受影響，但EPLL-SSRF SPLL不能準確鎖相，主要因為EPLL不能對輸入電壓進行準確的基波和相位檢測。Company Logo三種鎖相環(huán)的比較 SSRF SPLL所產(chǎn)生的誤差信號始終含有頻率為2的諧波信號，只有通過降低系統(tǒng)帶寬來減小靜差，做不到無靜差控制，鎖相效果受到很大的影響。 DDSRF SPLL有效的分離出三相正序電壓及其幅值的有效值，消除誤差信號所含的2次諧波，控制正序分量跟隨正序參考給定且穩(wěn)態(tài)無靜差，抑制交流負序分量對正序dq坐標上的影響，保證了鎖相環(huán)高性能的輸出。但是它在保證較好的動態(tài)響應(yīng)的同時很好的解決了三相不平衡電壓的鎖相問題，而且同時能夠精確檢測電壓的幅值、頻率等信息。 EPLL-SSRF SPLL也能抑制不平衡電壓中負序分量的影響，通過對基