探析三相电压不平衡条件下锁相环的设计与实现

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20061197硕士学位论文类别：全日制硕士研究生题目：三相电压不平衡条件下锁相环的设计与实现英文题目：DesignandRealizationofPhaseLockedLoopunderThree-phaseUnbalanceVoltages研究生：林百娟学科名称：控制理论与控制工程指导教师：王生铁教授田桂珍讲师二○○九年五月摘要为了保证并网逆变器、静止同步补偿器等电力电子装置在三相不平衡、畸变或电压突降条件下正常工作,要求必须研究使用高性能锁相电路跟踪检测技术，能够快速、准确地锁定正序基波电压相位。

2、本文针对三相电压不平衡等现象研究了锁相环的设计及实现，主要包括以下几方面：首先，介绍了课题研究的背景及意义，并对锁相环的工作原理、种类及其发展状况作了较为全面的综述，总结了并网变换器对锁相环技术的基本要求。其次，在分析基于单同步参考坐标系的软件锁相环(SSRFSPLL)的结构和工作原理的基础上，建立其数学模型，分析系统的稳态及动态性能，给出畸变电压下系统的追踪误差，并利用PSCAD/EMTDC软件对其进行仿真研究，结果显示该锁相环在三相电压不平衡时锁相精度不理想。再次，根据电压不平衡条件下基于解耦双同步参考坐标系的软件锁相环（DDSRFSPLL

3、）的设计思想，推导出双同步参考坐标系下正负序电压的解耦关系式，进行了多同步参考坐标系下正负序电压的解耦网络分析，建立了能够准确、快速地锁定正序电压的DDSRFSPLL结构模型。仿真结果表明该方法能有效抑制输入电压的不平衡扰动，保证了锁相环的高性能输出。然后，介绍基于对称分量法的单同步坐标系锁相环(EPLL-SSRFSPLL)的工作原理，利用增强型锁相环和计算单元提取正序分量，建立EPLL-SSRFSPLL的结构模型，研究动态参数对其性能的影响，仿真验证了该锁相环在电压畸变时具有良好性能。最后，设计了三相交流电压检测和调理电路及锁相输出电路，选用

4、C8051F410单片机作为控制单元,搭建了锁相环系统的硬件平台；给出系统的程序结构、主程序和中断服务程序的流程图，介绍提高算法实时性的措施，编制C语言源程序代码；对系统硬件和软件进行了调试，实现了三种锁相环的功能。实验结果验证了理论分析及仿真结果的正确性和可行性。关键词：锁相环，三相不平衡，同步参考坐标，单片机AbstractInordertoassurepowerelectronicdevicessuchasgridconnectedinverterandSTACOMofrunningnormallyunderunbalancevoltag

5、es,distortionandsag,itisnecessarytostudyhigh-performancephase-lockedtrackingtechnologytoobtainthephaseofpositivesequencecomponentsquicklyandaccurately.Designandrealizationofphase-lockedloop(PLL)techniqueunderunbalancedgridvoltagesareinvestigatedinthisthesis.Followingaresomea

6、spectsincludedinthethesis:Firstly,thebackgroundandsignificanceofresearchworkareintroduced,acomprehensivesummaryoftheworkingprincipleandthetypesofPLLaswellasitsdevelopmentstatusisgiven,andthebasicrequirementofthegrid-connectedconvertersforPLLtechnologyissummarized.Secondly,ba

7、sedonthestructureandoperationprincipleofthesinglesynchronousreferenceframesoftwarePLL(SSRFSPLL),themathematicalmodelofSSRFSPLLhasbeenderived,thesteadyanddynamicperformanceofSSRFSPLLareanalyzed,anditstrackingerrorsunderthesedistortedutilityconditionsareinvestigated.Thesimulat

8、ionmodelofSSRFSPLLisestablishedbymeansofPSCAD/EMTDCsoftware,andsimulationre