基于三阶广义积分的锁相环设计_郗来迎

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基于降阶广义积分器的三相并网逆变器锁频环技术

基于降阶广义积分器的三相并网逆变器锁频环技术

PLL)技术 ,DDSRF的解耦网络能在 电网不平衡下完全 分离 出电压的正 负序分量 ,PLL模块能够准 确检测到
G小)
吉×(南 +南 )。(1)
电压正负分量的相位 、频率信息 ,但涉及正负旋转坐标 式 中 :∞ 为谐振 角频率 。根据式 (1)得 到系统的极 点 :
系和 多个滤波 器 ,计算量复杂 。文献[3]提出了基于双 ± ,说 明 SOGI有频率 选择特性 而没有 正负极性 选
JB坐标 系下的关 系来 代替复数j,得 到 ROGI的实现 方 二阶带通滤波器和低通滤波 器的组合 ,说明具有谐波
法 ,如 图 1所示 ,此时 U =“枷,/(S—j60 o
抑制 能 力 ,设定 系统 阻尼 为 0.707,即 k=0.707,系统
的 品质 因数 Q=1/(2 )仅 与增益 k有关 ,不受谐振 频
序分 量 ,在无锁相环 的条件下 直接 用于并 网电流控制策 略 ,最后通过仿真和 实验验证 了该方法 的可行性和效
用性 。
关键词 :降阶广义积分器 ;锁 频环 ;逆变器 正负序分 离 ;并 网电流控制
中图分类 号 :TM61 5
近年 来 ,随 着大规模 光伏 系统接入 电力 系统 ,光 based on reduced order resonant controller,ROR—FLL)
此 ,本文研 究在 电网 电压不平 衡和谐 波畸变情 况下 , 等信息 ,从而保证三相并 网逆变器的可靠运行。
电压 相 位 、频率 及其 正 负序分 量 的快速 准 确检测 方 1 改进型 降阶广义积分器 锁频环
法 ,从而使并 网逆变器输 出三相对称 电流 。
在 电网平衡 条件下 ,同步旋转坐标 系锁相环(s)11一 1.1 R0GI原 理

自适应锁相环的设计与仿真

自适应锁相环的设计与仿真

理论算法2021.07自适应锁相环的设计与仿真何琦(安徽理工大学电气与信息工程学院,安徽淮南,232001)摘要:在三相电压不平衡时,负序分量会在Park变换后产生一个2倍基频的波动,进而影响对基频分量相位的提取。

针对一般的锁相环在电网三相不平衡时无法准确锁定电网的相位,本文提出一种基于陷波器的自适应锁相环,利用自适应陷波器(ANF)能够输出两个相互正交分量的特点,生成两个能抵消dq坐标系的负序分量,这样就实现了基波的正序负序分离。

在Matlab/Simulink中建立仿真模型进行验证,结果表明了文中所提的方法在电网不平衡时可以准确地锁定电网的相位。

关键词:三相电压不平衡;锁相环;自适应陷波器;正序负序分离Design and Simulation of Adaptive Phase-locked LoopHe Qi(School of Electrical and Information Engineering,Anhui University of Science and Technology,Huainan Anhui,232001)Abstract:When the fundamental frequency of the three-phase is not balanced,a negative componentof the volt a ge will be ext r ac ted.In view of the fac t that the general phase-locked loop(PLL)cannot accurately lock the phase of the power grid when the three-phase power grid is unbalanced,this paper proposes an adaptive phase-locked loop based on notch f订ter.The adaptive notch filter(ANF) can output two mutually orthogonal components to generate two negative sequence components which can offset the dq coordinate system.Thus,the separation of positive sequence and negative sequenceof fundamental wave is realized.The simulation model is established in Matlab/SIMULINK for verifica t ion.The resu Its show that the proposed met h od can accura t ely lock the phase of power grid when the power grid is unbalanced.Keywords:Three-phase voltage unbalance;PLL;Adaptive notch f订ter;Positive sequence negative sequence separation0引言随着新能源技术的快速发展,并网逆变器在分布式发电中得到广泛应用。

基于广义二阶积分的数字锁相环设计

基于广义二阶积分的数字锁相环设计

基于广义二阶积分的数字锁相环设计与实现王 鹏(国网江苏省电力有限公司扬州市江都区供电分公司)摘 要:电力系统110kV三相供电,为了保证供电网的电源品质,必须对供电网电流进行锁相控制,以保证输入电流相位与电网电压相位的同步性。

本文提出一种基于广义二阶积分器的数字锁相环,在旋转坐标系下得到电网电压的相位信息,利用现有的广义二阶积分器构造出与电网电压正交的网压,再进行坐标变换。

文中对同步坐标系下的单相锁相环的锁相原理及数学模型进行推导,经过仿真验证,本文提出基于广义二阶积分器的数字锁相环能够对电网相位进行快速、精确的锁定,具有较好的控制性能,具备进行大规模推广应用的价值。

关键词:广义二阶积分器;数字锁相环;电网相位0 引言由于电网电压非常容易受到外部干扰及电压谐波的影响,在单相四象限整流器工作的时候,四象限输入电流和电网电压的相位一旦存在一定程度的差异,则会对电网造成冲击和污染。

锁相环控制技术是网侧变流器控制的一项关键技术,单相四象限整流器就是一种网侧变流器,锁相环控制技术通过检测电网电压信号的特性,保证四象限输入电流信号的相位始终对电网电压信号的相位进行跟踪,实现二者的同步。

对于单相四象限整流器来说,最为常规的锁相方法是电网电压的过零点检测,电网电压过零点的锁相方法虽然简单实用,但其缺点同样明显,由于是通过硬件电路对电网电压的过零点信号进行捕获,因此非常容易受到电压谐波和网压突变的影响,并且锁相环的调节速度也比较慢,每个过零点信号到来的时候才会进行相位的重新调节,一旦在过零点之间发生相位变化,控制软件无法实时检测到,会造成控制失效。

1 广义二阶积分器原理基于Park变换的锁相环采用闭环调节,动态性能好,抗干扰能力强,响应速度快,在三相系统中有非常广泛的应用。

在三相系统中,能够在同一时刻采集三相电网电压信号,这三相电网电压信号包括相位、幅值、频率信息,通过Clark变换和Park变换能够很容易提取到相位信息,在同步坐标系下,d轴是幅值信号,q轴是相位信号,再通过相应的调节、计算,就能够得到最终可用的相位信号。

一种嵌入重复控制内模的三相锁相环的设计与实现

一种嵌入重复控制内模的三相锁相环的设计与实现

一种嵌入重复控制内模的三相锁相环的设计与实现何宇;漆汉宏;邓超;张迪;金卫国【摘要】As one of the key technologies of distributed grid-connected power generation system, grid synchronization technique is always the research hotspot. Usually numerous filters (or regulators) are needed for current phase-locked loop (PLL) algorithms to totally eliminate harmonic. Hence, a new phase-locked loop based on internal model of repetitive control is put forward. An extraction structure which can totally eliminate harmonic is designed. Wherein, the characteristic of the internal model that generates the resonant peak at grid fundamental frequency and every harmonic frequency is used, and the characteristic of multiple-complex coefficient-filter that can separate positive and negative sequence of grid fundamental wave is also taken into account. The grid frequency, phase and other related information can be extracted from the pure positive sequence by synchronous frame PLL. Finally, the proposed PLL is tested under distorted and unbalanced grid by Matlab/Simulink simulation and the related experiment. The results show the validity and superiority of this method.%作为分布式并网发电系统众多关键技术之一的电网同步锁相技术一直是国内外研究的热点。

基于改进型SOGI的锁相环设计

基于改进型SOGI的锁相环设计

基于改进型SOGI的锁相环设计OUYANG Sen;MA Wenjie【摘要】针对传统锁相方法的锁相精度在电网电压含有负序分量、谐波分量、直流分量等情况下有所降低的问题,提出一种基于改进型二阶广义积分器(SOGI)的三相锁相环设计方案.首先简要介绍了SOGI可进行信号正交处理的原理;然后通过频域分析法,直观地指出传统SOGI抗直流偏移干扰能力弱的原因,并量化分析了直流分量对基于传统SOGI的不平衡锁相环的影响;为增强SOGI对电压检测信号中直流分量的抗干扰能力,通过新增一条低通滤波通道对其进行结构上的改进,提出一种基于改进型SOGI的不平衡锁相环设计方案.仿真与实验结果表明文中理论研究是正确的.【期刊名称】《华南理工大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(046)010【总页数】8页(P1-8)【关键词】二阶广义积分器;锁相环;并网逆变器【作者】OUYANG Sen;MA Wenjie【作者单位】;【正文语种】中文【中图分类】TM464随着分布式电源并网发电技术的快速发展,诸如风力发电、光伏发电等在电力系统中的渗透率日渐升高[1- 2].电网基波电压相位和幅值信息的准确获取是分布式电源实现并网有功和无功功率控制的重要保证.由于实际中电网电压常因三相负荷不平衡、大量的非线性负荷接入和电网不对称故障而呈现三相不对称、谐波含量较高的现象,因此,对并网锁相技术提出了更高的要求[2].单同步坐标系软件锁相环(SRF-SPLL)具有结构简单、易实现的优点,获得了广泛应用.在电网不平衡情况下,受电压负序分量影响,其锁相的相位与频率误差增大,严重时甚至不能满足并网逆变器的控制需求[3- 4].文献[5]提出在SRF-SPLL之前加装低通滤波器以抑制负序分量的干扰,该方案虽可改善锁相环性能,但由于所用低通滤波器的截止频率较低,存在相角偏移、系统动态响应变慢等问题.文献[6]在SRF-SPLL结构中加入滤除二次谐波的陷波滤波器,通过频域内优化的设计方法设计了系统参数,达到响应速度和稳态误差的合理折中.为解决电网不平衡所带来的问题,文献[7]中提出基于双同步坐标系解耦的软件锁相环,利用正、负序两个同步坐标系通过交叉解耦来分离正、负序电压分量,具有较高的稳态精度,但是其依赖于相位反馈,因此当电网相位突变时,其过渡过程中存在超调较大、恢复时间较长等问题.为消除电网电压谐波对锁相环的影响,文献[8- 9]中采用双滑动平均滤波器来设计锁相环,锁相效果良好.文献[10]采用自适应观测器(FRF)来进行电网相位锁定,但是该算法程序计算量较大,比较复杂.为更好地提取出电压正序分量,文献[11- 14]提出采用二阶广义积分器作为正交信号发生器,来提取基波正序电压,之后再利用SRF-SPLL实现相角锁定.该方法不仅能实现不平衡电网下的准确锁相,且可以实现频率自适应滤波.在实际应用中,通常由于测量、数据转换和电网电压参数估计误差等原因导致检测到的电压信号中含有一定的直流分量,从而影响锁相环的锁相精度[13,15].例如,基于定点DSP(数字信号处理器)的光伏逆变器在对模拟电压信号进行A/D转换之前需要设置一个偏移量,使输入给A/D模块的信号是 0~3 V.经A/D转换之后的信号数据类型是无符号整型,再变换成有符号整型.在整个过程中,很难找到一种变换使转换前后的数据完全匹配.因此,针对前述电压测量中的直流偏移影响锁相环精度的问题,文中提出一种基于SOGI的改进型锁相环设计方案.通过对传统型SOGI进行结构上的改进,增强其对直流量的滤除能力,并以该改进型SOGI为基础,设计出能有效消除电压负序分量、测量偏移影响的三相锁相环,并利用仿真与实验对文中所提方案进行验证.1 不平衡电网锁相原理不平衡电网电压中含有正、负、零序分量,可具体表示如下[3]:(1)(2)(3)式中,vabc为不平衡电网电压,采用上标“+”、“-”、“0”来区分正、负、零序,va、vb、vc分别为a、b、c三相电压,vabc=[va vb vc]T,a为120°旋转因子,a=ej2/3.对于三相无中线系统,其不存在零序电流通路,因此以下分析和讨论均不考虑零序电压.对式(2)、(3)进行数学变换可得[3]:(4)(5)其中:q=ej/2,为90°相位滞后因子,分别为αβ坐标系中的电压正、负序分量.分析式(4)可知,通过对输入信号进行90°偏移处理,可提取出电网电压基波正序分量.2 二阶广义积分器由内模原理可知:若要实现对某一频率正弦信号的无差跟踪,则要求系统的开环传递函数中必须包含该正弦信号的内部模型.二阶广义积分器就是据此提出来的,其结构框如图1所示.图中,v为输入信号,ω′为滤波器中心频率,k为阻尼系数,v′和v″为经滤波器处理所输出的正交信号对,ε为v′和v″之差,s为拉氏变换算子.图1 SOGI控制框图Fig.1 Control block diagram of SOGI根据图1,可得输入信号v到输出信号v′和v″的传递函数D(s)与Q(s)的幅值和相位频率特性:(6)(7)图2是系统在不同k值时的伯德图.图2 SOGI的频率特性Fig.2 Bode plots of D(s) and Q(s)从伯德图中可以看出,SOGI具有选频特性,因此可以提取出基波分量.k越小,滤波性能越好,但是系统带宽将随之变小,从而导致动态响应变慢.因此,为兼顾滤波和响应快速性,常取根据上述分析可知,当滤波器的中心频率ω′与输入信号的频率ω相同时,则输出信号v′与v具有相同的幅值和相位,v″与v幅值相同,但是相位滞后90°.基于此,结合式(4),可设计出如图3所示的基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL).其中,ω0为电网基波频率,θ*为锁相所得电压相位,vd、vq分别为电压正序分量在同步坐标系中的d轴与q轴分量,X表示乘法运算.图3 DSOGI-PLL结构框图Fig.3 Control block diagram of DSOGI-PLL3 SOGI的改进分析与设计在实际应用中,由于各种原因导致检测到的三相电网电压含有一定的直流量,具体如下:(8)式中,va0、vb0、vc0为直流偏移量,V为正序基波电压幅值.经Clark变换可得:其中,(9)(10)根据图3所设计的不平衡锁相环,可得从输入电压信号vα、vβ到提取出的正序分量的传递关系为(11)因此中所含直流量为(12)从图2中可知,D(s)是一个带通滤波器,其对直流量的滤除能力极强.为简化分析,可认为直流分量经过D(s)处理后衰减为零,而Q(s)是一个低通滤波器,据SOGI的频率特性可知其对直流量的增益为|Q(s)|ω=0=k(13)因此,式(12)可进一步简化为(14)设电网电压矢量相角为θ,锁相所得相角为θ*,将图3中所得变换到旋转坐标系中有(15)其中,(16)当锁相环处于稳态时,锁相相位误差较小,可认为式(15)中σ≈0,可得:(17)稳态时vq≈0,因此,由直流偏移所引起的相位误差为(18)设锁相环经锁相得到的电网频率中的误差成分为Δω,可得:(19)由式(18)、(19)可以看出,直流分量会导致锁相得到的相位与频率中含有频率与工频相同的交流成分,且该交流成分的幅值与直流分量的大小有关.因此,需对SOGI 进行结构上的改进,以消除掉直流偏移的影响.由图1可知:ε=v-v′,当系统处于稳态时,ε包含v中的所有直流分量.因此可以在ε经过增益k放大后,再通过低通滤波器处理后与v″做差,这样可彻底消除掉信号v″中的直流量.综上,文中提出一种改进型SOGI,其结构如图4所示,其中,T为新增支路中低通滤波器的时间常数.图4 改进型SOGI结构框图Fig.4 Diagram of the improved SOGI根据图4,有:(20)结合第2节的分析,可知与输入信号v的具体关系为(21)(22)将式(21)、(22)代入式(20)可得由输入信号v到v″的传递函数为(23)当输入信号频率为ω′时,根据式(23)可得:v″=-jv(24)其中,j为虚数单位.因此,改进后的SOGI良好地保持了原有的信号正交处理能力,G(s)的频率特性如图5所示.根据图5可知:①G(s)特性与带通滤波器相似;②图4中的低通滤波器的截止频率越高,对直流分量的滤除能力越强,当低通滤波器的截止频率取为20 Hz时,其在零频率附近的增益小于-40 dB,可以很好地滤除掉直流分量;③低通滤波器的截止频率越高,动态响应越快,但G(s)对高频干扰的抑制能力越弱.图5 G(s)的频率特性Fig.5 Bode plot of the transfer function G(s)综上,对于图4中低通滤波器截止频率的设计需综合考虑动态响应速度与高频衰减能力.由图2(a)可知D(s)在200 Hz频率处的增益约为-10 dB,因此,文中在设计低通滤波器时,以G(s)在200 Hz频率处的增益接近-10 dB为参考,最终取低通滤波器的截止频率为40 Hz.图6为G(s)在不同截止频率下的单位阶跃响应曲线.由图6可知,随着截止频率的升高,系统动态响应加快,调节时间缩短,对直流信号的衰减作用增强.当截止频率取为40 Hz时,稳定时间约为0.022 s,且稳态精度较高.图6 不同截止频率下G(s)的阶跃响应曲线Fig.6 Step response curves of G(s)at different cut-off frequencies4 仿真验证为验证文中理论研究的正确性,在PSCAD软件中分别搭建出单同步坐标系锁相环(I型)、基于传统型SOGI的不平衡锁相环(II型)、基于改进型SOGI的不平衡锁相环(III型)的仿真模型来进行对比验证,各锁相环的结构如图7所示.其中,基于传统型SOGI的不平衡锁相环的内部结构如图3所示,而基于改进型SOGI的不平衡锁相环的不同点在于图3中的DSOGI部分使用了改进型的SOGI.仿真时,3种类型锁相环结构中的PI控制器的参数均一致:比例系数为2,积分系数为3.图7 3种类型锁相环结构Fig.7 Structure diagram of three types of PLL仿真条件设定:①初始电网电压三相对称,其有效值为220 V,在0.25 s时,a 相电压跌落至50 V,在0.40 s时恢复正常;②初始电网电压三相对称,有效值为220 V,在0.60 s时,a相电压叠加上10 V的直流分量.两种条件下的仿真所得结果如图8、图9所示,仿真图形中为进行清晰对比,将各锁相环的锁相相位波形进行了纵轴偏移处理.图8 不平衡电网环境下的仿真结果Fig.8 Simulation results under the unbalanced grid voltage由图8可知:当电网电压不平衡时,单同步坐标系锁相环检测到的旋转电压矢量幅值存在约80V的二倍工频波动;锁相频率存在幅值约为20 Hz的二倍频分量,从而导致锁相相位也存在二倍频分量,稳态精度较低,锁相性能较理想电网环境下大幅下降.基于传统型SOGI的不平衡锁相环与基于改进型SOGI的不平衡锁相环在动态响应与稳态精度等方面的性能几乎一样.当设定a相电压的直流偏移量为10 V时,根据第3节的理论分析,由式(18)可得稳态时检测到的频率偏差理论值为-0.757 57cos(θ+φ)(25)图9 含直流偏移情况下的仿真结果Fig.9 Simulation results in the case of DC offset由图9(c)可知,基于传统型SOGI的不平衡锁相环在测量信号含有直流偏移的情况下,稳态时检测到的电网频率存在幅值为0.706 5 Hz的工频周期分量,与理论计算基本一致.采用改进型SOGI的不平衡锁相环稳态时检测到的电压矢量幅值误差约为0.065 V,频率误差波动分量幅值仅为0.045 Hz,根据Δω与相位误差之间的积分关系,可计算此时的相位误差(单位:rad)为-0.000 9sin(θ+φ)(26)因此,基于改进型SOGI的不平衡锁相环在测量信号含有直流分量的情况下仍具有较高的稳态精度.5 实验验证为进一步验证文中理论研究的正确性,基于DSP28335硬件平台编程实现了第4节中所述的3种类型锁相环,分别在不平衡以及不平衡电压伴随直流偏移的环境条件下进行各锁相环的性能实验.实验时,三相电网电压由电压信号发生装置模拟产生,三相电压数据由DSP的ADC模块以20 kHz的采样频率采样获得,实验所得数据均是以数组保存,从DSP内部读取得来,具体实验结果如图10、图11所示. 从图10可以得知,单同步坐标系因受负序电压的影响而导致锁相性能严重恶化,而基于传统型SOGI的不平衡锁相环和基于改进型SOGI的不平衡锁相环因进行了正、负序分离,在不平衡电网环境下均能保持良好的锁相性能.图10 不平衡电压条件下的实验结果Fig.10 Experiment results under unbalanced grid voltage分析图11可知,当三相电压中含有一定的直流分量时,基于传统型SOGI的不平衡锁相环经锁相所得到的电网频率存在明显的波动,进而导致锁相精度降低,而基于改进型SOGI的不平衡锁相环仍表现出良好的适应性,具有较高的锁相精度.需要说明的是,文中所设计的基于改进型SOGI的锁相环与基于传统SOGI的锁相环相比,其抗直流干扰的能力有较大提升,从频域上来说是对低频段进行了修正,但其对于5、7、9次等低次谐波的抑制能力并未增强.因此,文中所设计锁相环,在电网电压低次谐波含量较高时,其锁相精度会有所下降,有待进一步研究.图11 不平衡电压伴随直流偏移条件下实验结果Fig.11 Experiment results under unbalanced grid voltage with DC offset6 结论文中针对不平衡电网环境下并网逆变器的锁相问题进行了研究,通过仿真与实验得出以下结论:(1)当三相电网电压不平衡或含有直流分量时,单同步坐标系锁相环的锁相精度大大降低,已不适用于对并网逆变器进行控制;(2)基于传统型SOGI的不平衡锁相环适用于不平衡电网环境,但在电压检测信号含直流偏移的情况下其锁相性能变差;(3)基于文中所设计改进型SOGI的不平衡锁相环,在不平衡电网及电压检测信号含直流偏移的情况下均具有较高的锁相精度.参考文献:【相关文献】[1] MORENO V M,LISERRE M,PAGANO A,et al.A comparative analysis of real-time algorithms for power signal decomposition in multiple synchronous reference frames [J].Power Electron,2007,22(4):1280- 1289.[2] 曾正,赵荣祥,汤胜清,等.可再生能源分散接入用先进并网逆变器研究综述 [J].中国电机工程学报,2013,33(24):1- 12.ZENG Zheng,ZHAO Rongxiang,TANG Shengqing,et al.An overview on advanced grid-connected inverters used for decentralized renewable energy resources [J].Proceedings of the CSEE,2013,33(24):1- 12.[3] 张兴,张崇巍.PWM整流器及其控制 [M].北京:机械工业出版社,2012:410- 417.[4] 杨仁增,张光先.谐波畸变电网下的频率自适应锁相方法 [J].中国电机工程学报,2013,33(16) :144- 152.YANG Renzeng,ZHANG Guangxian.Frequency adaptive PLL under distorted grid conditions [J].Proceeding of the CSEE,2013,33(16):144- 152.[5] CARUGATI I,MAESTRI S,DONATO P G,et al.Variable sampling period filter PLL for distorted three-phase systems [J].IEEE Transactions on Power Electronics,2012,27(1):321- 330.[6] FRANCISCO D F,ALEJANDRO G Y.An optimized implementation of phase locked loops for grid applications [J].IEEE Transactions on Instrumention and Measurement,2011,60(9):3110- 3119.[7] 周元峰,段善旭,刘宝其,等.改进的解耦双同步坐标系锁相环的设计与实现 [J].电力电子技术,2012,46(8):68- 70.ZHOU Yuanfeng,DUAN Shanxu,LIU Baoqi,et al.The design and implementation ofan improved decoupled double synchronous reference frame PLL [J].Power Electronics,2012,46(8):68- 70.[8] 吕广强,纪海平,李嘉,等.一种基于双滑动平均滤波器的单相软件锁相环 [J].电力系统自动化,2015,39 (13):151- 157.LÜ Guangqiang,JI Haiping,LI Jia,et 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Systems,2014,38(5):103- 108.。

基于SOGI—FLL+NF的复合锁相环

基于SOGI—FLL+NF的复合锁相环

基于SOGI—FLL+NF的复合锁相环三相并网系统中,锁相环能检测出三相电网电压的相位和频率信息,它对整个逆变系统的安全稳定运行有重要作用。

三相电网发生波动时,同步旋转锁相环易受二倍频分量的影响导致锁相不准确。

文章采用SOGI-FLL+NF复合锁相结构,消除三相电网电压波动对锁相效果的影响,通过Matlab/Simulink仿真证明复合结构锁相环的可行性和准确性。

标签:锁相环;二阶广义积分器;陷波器引言對于分布式发电系统而言,为了保证并网逆变器能够向电网输送高质量的电能,这就要求并网电流必须与电压同步。

谐波会使电网电压波动,所以需要锁相环实时准确的获取电网电压的幅值和相位信息,获取信息准确与否直接决定了设备安全稳定运行。

在三相并网逆变器系统中常采用同步旋转坐标系锁相环(SRF-PLL),当三相电压平衡时,有较好的锁相效果,但是当电网电压不平衡时,SRF-PLL容易受二倍频分量影响使精度下降。

二阶广义积分(SOGI)型锁相技术能够抑制谐波分量,但是在精度上有待提高。

陷波器可以看作是一个带宽很小的带阻滤波器,把某一频率的信号滤除。

为了消除谐波对PLL的影响,本文采用SOGI-FLL+NF 复合结构仿真分析锁相效果。

1 三相电网电压不平衡时SRF-PLL性能分析SRF-PLL将输入abc坐标系下的三相电网电压经过Clark和park变换,得到dq系下的电压,调节q轴分量为0,使dq坐标系的旋转角θ与电网电压矢量的相位角相同,来实现锁相[1]。

当电网电压不平衡并采用三相三线的方式接入电网的时候,只考虑正序分量和负序分量。

此时电网电压可以表示为:式中:Vgp、Vgn是电网电压的正序与负序分量的幅值,Φp、Φn正序和负序分量的初始相位,ω代表电网电压角频率。

对式(1)进行Clark变换,再进行Park变换,电网电压矢量在两相旋转坐标系下的表达式为:可以看出,电网电压不平衡时,dq轴下电网电压正序分量变成了直流量,基波负序分量变成了二倍频交流量。

基于广义三阶积分器的锁频环的构造方法

基于广义三阶积分器的锁频环的构造方法

文章标题:探索基于广义三阶积分器的锁频环构造方法在当今的通信领域中,锁频环技术被广泛应用于频率合成器、调制解调器、无线通信等领域中。

而基于广义三阶积分器的锁频环构造方法,则是其中一种重要的技术手段。

一、引言基于广义三阶积分器的锁频环是一种频率合成技术,通过对输入信号进行相位、频率或者周期性的调整,以确保输出信号与参考信号的频率或相位保持一致。

它的构造方法包含了一系列复杂的数学模型和控制逻辑,而这正是我们要深入探讨的内容。

二、广义三阶积分器的概念和特点广义三阶积分器是锁频环中的核心部分,它具有一定的反馈机制和非线性特性。

在锁频环中,它承担着信号处理和频率调整的重要功能,因此需要充分了解它的工作原理和特点。

1. 广义三阶积分器的数学模型2. 非线性特性与控制逻辑3. 与其他类型锁频环的比较和优势三、基于广义三阶积分器的锁频环构造方法在设计基于广义三阶积分器的锁频环时,需要考虑到整个系统的稳定性、抗干扰能力和动态性能。

构造方法的选择和实现至关重要。

1. 从简到繁的构造步骤1.1 相位检测与误差放大1.2 频率比较器与控制逻辑1.3 输出反馈与补偿网络2. 深入探讨构造方法的实现2.1 参数调节与优化2.2 控制逻辑的设计与验证2.3 实际应用与性能评估四、基于广义三阶积分器的锁频环的性能分析在构造完成后,需要对基于广义三阶积分器的锁频环进行性能分析,并对其稳定性、精度和响应速度等方面进行综合评估。

1. 稳定性分析2. 精度和误差分析3. 动态性能和响应速度评估五、个人观点和总结基于广义三阶积分器的锁频环构造方法是一项复杂而又具有挑战性的工作,需要充分掌握相关的理论知识和工程技术。

在实际应用中,我们需要不断优化和改进构造方法,以满足不同场合的需求。

通过对这一主题的深入探讨和实际操作,相信能够更好地理解和应用基于广义三阶积分器的锁频环技术。

在整篇文章中,我们不断深入地探讨了基于广义三阶积分器的锁频环构造方法,介绍了相关的概念和特点,并对其实现过程和性能分析进行了全面的论述。

基于二阶广义积分器-锁频环的异步电机同步角频率估计方法

基于二阶广义积分器-锁频环的异步电机同步角频率估计方法

基于二阶广义积分器-锁频环的异步电机同步角频率估计方法辛振;赵仁德;郭宝玲;马帅【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2014(029)001【摘要】传统采用滤波器代替纯积分的方案虽可解决电压模型磁链观测器的积分环节存在的积分漂移问题,但引入了幅相误差,一般通过增加动态补偿环节或者通过动态调节滤波器的截止频率来消除,两类方法均需用到异步电机同步角频率.本文提出使用二阶广义积分器-锁频环(Second Order Generalized Integrator-Frequency Locked Loop,SOGI-FLL)估计异步电机同步角频率的方法,并对其频率响应性能进行理论分析和仿真验证.构建了基于异步电机矢量控制的转速电流双闭环调速系统实验平台,将SOGI-FLL估计出的同步角频率用于磁链观测算法中,实验结果验证了所提方案的有效性.【总页数】7页(P116-122)【作者】辛振;赵仁德;郭宝玲;马帅【作者单位】中国石油大学(华东)信息与控制工程学院青岛 266580;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院青岛 266580;中国石油大学(华东)信息与控制工程学院青岛 266580;国家电网山东省电力公司莱芜供电公司莱芜 271100【正文语种】中文【中图分类】TM315【相关文献】1.基于双二阶广义积分器锁频环的基波正序分量检测方法 [J], 吴振军;杨凯;秦方圆2.基于双二阶广义积分器锁频环的基波正序分量检测方法 [J], 吴振军;杨凯;秦方圆;3.基于复合二阶广义积分器的永磁同步电机转子位置与转速估计 [J], 周臻;李长磊;王永4.基于双2阶广义积分器锁频环的电网同步技术 [J], 汪令祥;王成悦;孟祥志;吴玉杨5.基于固定频率二阶广义积分器的单相锁频环 [J], 余永奎;李华;刘俊峰因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

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+ +
ω2 ω2
+
ω02
;
( ) a33
=
(s + ω0 )
s2
−ωω 20 + 2ω0s + ω2
+ ω02

其中,U2(s)作为反馈量引入至输入,即 U2(s)=V2(s)。 将式(3)写成传递函数的形式之后,和上节三阶广 义积分器的正交信号发生器(TOGI-OSG)传递函 数相同,因而从功能上说,该结构与三阶广义积 分器等效。 1.3 正交发生器特性分析
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1 基于三阶广义积分器的正交信号发生器
1.1 三阶广义积分器结构 为了构造正交信号,根据内模原理,二阶广义
积分器被用到正交发生器单元中。但是对于输入包 含直流分量的信号,正交发生器的输出存在较大误 差,如果使用三阶广义积分器,可以有效避免这种 情况。因此,本文引入基于三阶广义积分器的正交 信号发生器(TOGI-OSG),如图 1 所示。
图中[Tdq]为 Park 变换矩阵,LPF 为低通滤波器, 其截止频率为 ω0,[Tdq−1]为反 Park 变换矩阵。在时
域中,其整体模型可表述为
U1(t) U2 (t) U3 (t)
=
Td−q1 0
0 1

[
LPF
]

Tdq 0
0 1

V1
Design of phase locked loop based on third-order general-integrator
XI Laiying1, WANG Jinfu1, HOU Chuanchuan2, QIU Zhili2 (1. State Grid Tianjin Maintenance Company, Tianjin 300000, China; 2. China University of Mining and Technology, Xuzhou 221000, China)
采用微分方程描述正交信号发生器的工作特 性为
u1 = u2 / ω
u2
+ ωu2
+
ω
2u 2
=
ω2u
(4)
ωu3 + ω2u3 = u2 + ω2u2
假设输入信号存在直流分量,为 u(t) = A0 +
A 1
sin(ω1t
+
φ1 )
。当
ω
=
ω0
时,解微分方程得输出信
号为
u1(t) 0 A1 sin(ωt + φ1)
为解决电网电压非理想锁相问题,国内外学者
提出了多种解决方案。其中增强型锁相环(Enhance phase locked loop,EPLL)已被应用于滤波、频率估 计、谐波估计和同步研究中[5],解决了传统锁相环 的倍频振荡问题,然而,当输入电压信号存在直流 分量时基频很难被滤出。采用自适应陷波滤波器 (Adaptive notch filter,ANF)的锁相可实现基波频率 信号提取,但直流偏移的存在会导致锁相误差相应 变 大 。 二 阶 广 义 积 分 锁 相 (Second-Order Genersalized Integrator PLL,SOGI-PLL)利用三角函数本 身的特性,通过正交信号发生器输出正交信号,实 现正、负序分量的分离[6],所以只要锁定正序基波 分量的相位,即可实现准确锁相。但是当输入信号 存在直流分量时,正交信号的输出不准确[7],即不
Abstract: During the operation of power system, the voltage of the power grid is usually unbalanced and distorted, meanwhile the sampling signal may conclude DC component, which have a negative effect on the precision phase lock. Considering this situation, this paper introduces third-order general-integrator (TOGI) filter decoupling structure, and constructs a phase-locked loop. The function of the orthogonal signal in TOGI is analyzed, and the transformation matrix is derived to obtain the equivalent structure. It is proved that the structure can filter out the DC component and high frequency component obviously. Equivalent link is embedded in the phase locked loop (PLL) to get positive sequence voltage component in αβ coordinates, and the phase structure and the corresponding parameter are analyzed. In the end, simulation is carried out in the case of DC component, distortion and jump in the voltage signal. The simulation results show that the design of phase locked loop based on the TOGI can realize the phase lock precisely and quickly. Key words: DC component; distortion; third-order general-integrator; filter; phase locked loop
u2
(t)
=
kA1

+

A 1
cos(ωt
+
φ1
)
+D
(5)
u3 (t) kA1 0

其中:D 为暂态衰减量;其衰减时间常数为 2/ω。
观察上式有,稳态时 u1(t)不含直流分量,u2(t)含直 流分量。当 u2(t)−u3(t) 时,信号中的直流分量被消 去,且 u2(t)−u3(t)同 u1(t)相位相差 90º。这说明,基 于三节广义积分的正交信号发生器能够滤除给定信
号中的高频分量和直流分量,并且构造相应的正交
信号。因此,可利用该结构在非理想情况下实现基
波信号及其正交信号的提取,其结构如图 4 所示。
2 基于三阶广义积分器的锁相环分析及参 数设计
为了实现基波负序分量的抑制,根据莱昂氏
法,应在αβ坐标系下实现基波正交信号的提取。因
而,与传统的SRF锁相环相比,本文所设计的三阶
(1.国网天津检修公司,天津 300000;2.中国矿业大学,江苏 徐州 221000)
摘要:电力系统运行过程中,电网电压通常存在不平衡及畸变,而通过采样有时会引入直流分量,这对精确锁相 将产生不利影响。针对这种情况,引入三阶广义积分器(TOGI)滤波解耦结构,并构建锁相环。分析了三阶广义积 分器的正交信号发生功能,利用矩阵变换推导其等效结构,证明了该结构可将电压信号中的直流分量和高频分量 明显滤除。将等效环节嵌入锁相环,获得 αβ 坐标系下的电压正序分量,并分析了锁相环结构和相应参数。最后, 在电网电压信号包含直流分量、畸变、跳变的情况下进行仿真,仿真结果表明基于三阶广义积分的锁相环设计能 够快速实现精确锁相。 关键词:直流分量;畸变;三阶广义积分;滤波;锁相环
第 44 卷 第 23 期 2016 年 12 月 1 日
DOI: 10.7667/PSPC152049
电力系统保护与控制
Power System Protection and Control
基于三阶广义积分的锁相环设计
Vol.44 No.23 Dec. 1, 2016
郗来迎 1,王金富 1,侯川川 2,仇志丽 2
广义积分器OSG模块应置于PLL鉴相环节,位于
Clark变换之后、Park变换之前。
其结构可用如下矩阵描述
图 1 TOGI 结构原理框图 Fig. 1 Block diagram of the third-order general integrator
该正交信号发生器为双输入三输出系统,输入 电压信号 u(t)和频率ω,输出信号为 u1(t)、u2(t)、u3(t)。 将频率信号设为已知变量,则相对于输入电压信号, 三个输出对应的传递函数可分别写为
郗来迎,等 基于三阶广义积分的锁相环设计
能准确锁相。 针对因电力系统故障和采样问题引起的直流偏
置问题,本文将三阶广义积分器(TOGI)[8]引入锁相 环鉴相部分,构建前置滤波结构。首先分析了三阶 广义积分器的正交信号发生功能,通过矩阵变换推 导获得其等效变换结构,证明了该结构可以有效滤 除电压信号中的高频分量与直流分量。将上述环节 嵌入锁相环,利用莱昂氏法,设计正交信号合并解 耦,可获得 αβ 坐标系下的电压正序分量。然后, 对本文设计的锁相结构进行分析,相应参数进行设 计。最后,通过仿真验证其滤波性能及锁相性能。
G1 (s)
=
U1 (s) U (s)
=
s2
kωs +ωs +
ω2
G2 (s)
=
U 2 (s) U (s)
=
s2
kω 2 +ωs +
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