三相电压不平衡条件下锁相环设计

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1、三相电压不平衡条件下锁相环2011年11月CompanyLogoContentsClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitleCompanyLogo基于低通滤波器的锁相方法为了避免检测过零点带来的问题，Karimi-Ghartemani.M和RezaIravani.A提出了基于低通滤波器的锁相方法，其原理如图2-2所示。三相电网电压从三相静止坐标系转换为两相静止坐标系，利用常见的低通滤波器滤除电网中的谐波干

2、扰，然后对信号进行标么化处理，从而得到电网电压的相位，旋转矩阵R用于补偿滤波器所造成的相位滞后。参考文献MethodforSynchronizationofPowerElectronicConvertersinPollutedandVariable-FrequencyCompanyLogo基于低通滤波器的锁相方法对于这种方法而言，在设计低通滤波器时，需要在系统滤波器的鲁棒性和动态响应之间做出折中的选择，较低的截止频率可以抑制系统谐波对相位检测的干扰，但是也相应的降低了系统的响应速度。另外，这种方法需求得反三角

3、函数值，计算速度较慢，尤其在系统频率变动和三相电压不平衡时，对畸变电压的抑制作用弱，因此无法正确锁相。缺点CompanyLogo基于空间矢量滤波器(SVF)的锁相方法空间矢量滤波器是一种用于空间矢量滤波的新型滤波器，它是基于电网电压的αβ分量相互关系相互影响的基础上提出的。这时候电压矢量可以视为以恒定的幅值和频率旋转，有两个输入量。电网电压的模型可以表示为，可以在每个采样周期进行更新。假设采样频率及电网电压频率恒定，则下一个周期的电网电压模型可以估算出来，遗忘参数γ的大小决定了电网电压矢量对电网电压矢量模型的

4、影响大小。滤波器的输出设为。则滤波器的表达式可以写为CompanyLogo基于空间矢量滤波器(SVF)的锁相方法主要缺点此锁相方法在稳态情况下不会产生任何相位滞后，其主要缺点仍然是对电网电压频率变换以及三相电网的不平衡非常敏感。CompanyLogo基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的锁相方法卡尔曼滤波器可以用来估计电网电压幅值、相位以及频率的状态向量主要缺点基本原理这种方法是建立在具有充分的状态空间模型能够反映状态向量的变化的基础之上的。而在各种各样的电网畸变情况下如何准确的设计滤波器使之适应状态向量的变化是十

5、分困难的事情。另外这种方法同样不能解决三相电网不平衡带来的问题，而且卡尔曼滤波器庞大的计算量更加地限制了这种方法的应用范围。CompanyLogo基于加权最小二乘法估计(WLSE)的锁相方法文献提出了一种基于加权最小二乘法估计(WLSE)的锁相方法，不但可以抑制不平衡系统中的负序分量的影响，而且能够提高对频率变化的鲁棒性。但此方法仍然存在不少缺点：当电网频率变化时，动态响应时间比较长；对电网噪声和畸变时的鲁棒性较差等。由以上分析可知，以上几种锁相方法都存在响应慢，对系统频率变化和三相电压不平衡较敏感问题，不适

6、宜应用于电网畸变严重，动态响应要求高的场合。CompanyLogo并网变换器对锁相环的基本要求（1）电网电压经常发生跌落、闪变等动态电能质量问题，并且这些异常的出现均是不可预计而且需要及时补偿的。所以要求并网变换器能够对电网电压相位的变化在ms级的时间内能做出快速的响应，即要求并网变换器的锁相方法要有良好的动态性能，保证当电压跌落和骤升时不对锁相性能造成太大影响。（2）三相电压不平衡时，要求电力电子装置的锁相方法能够捕获正序基波分量的相位，对三相不平衡情况有很强的抑制作用。（3）锁相环应该能快速检测到电网电压

7、发生相位、频率突变等问题。（4）要求锁相方法对畸变电压要有很强的抑制作用。（5）对于一些电力补偿装置如动态电压恢复器，锁相方法不仅要实时检测网侧电压的相位，而且要实时监测网侧电压的幅值变化状况用来判断并决定电力补偿装置的工作模式。CompanyLogo基于单同步坐标系的软件锁相环（SSRFSPLL）基本原理CompanyLogo基于单同步坐标系的软件锁相环（SSRFSPLL）假设电网电压为三相平衡电压，因此可以表示为将电压信号从abc三相坐标变换到αβ坐标(clarke变换)为从α,β坐标变换到d,q同步旋转

8、坐标(park变换)为CompanyLogo基于单同步坐标系的软件锁相环数学模型：将锁相误差输入PI调节器，为加快锁相速度，将输出值加上初始工频角频率ω0，从而得到锁相的角频率输出，经过积分得到锁相相位值。由数学模型可见，锁相环实质上是一个反馈控制系统，它与常规控制系统不同之处在于：常规控制系统采集的是经传感器转换或直接从系统采集的电压或电流信号，而PLL采集的则是相位信号。CompanyLogoD