基于派克變換及其逆變換的電網(wǎng)精確鎖相技術(shù)

王懿琳

【摘 要】本文根據(jù)普通的三相鎖相環(huán)在電壓突然跌落、諧波產(chǎn)生時(shí)不易消除影響的缺點(diǎn)，提出了基于雙MAF的三相鎖相環(huán)模型，對(duì)所提出的模型進(jìn)行建模與仿真.仿真結(jié)果表明，在三相電網(wǎng)電壓突然跌落和出現(xiàn)諧波時(shí)，文中所提三相鎖相環(huán)均具有較好的性能。

【關(guān)鍵詞】電壓跌落；MAF；鎖相環(huán)

中圖分類號(hào)：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）14-0047-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.020

Precise phase-locked technology based on Parker transform and its inverse transformation

WANG Yi-lin

（School of electrical and information engineering， Anhui University Of Science And Technology，Huainan Anhui，232000， China）

【Abstract】In this paper， a three-phase phase-locked loop model based on double MAF is proposed ， which is not easy to eliminate the influence when the voltage falls suddenly and the harmonic generation is produced. The model is modeled and simulated. The simulation results show that the three-phase phase locked loop has good performance ， when the grid voltage falls suddenly and the harmonics appear.

【Key words】Voltage drop； MAF； Phase-locked loop

0 引言

近幾年，環(huán)境惡化和化石燃料緊缺問題日益嚴(yán)重，各國研究人員都在致力于發(fā)展可持續(xù)且環(huán)保無污染的能源。目前應(yīng)用比較廣泛的是風(fēng)能，光能，水能等這些可再生的清潔型能源。但由于這些自然能源往往分布散，地理位置特殊，人們開始設(shè)計(jì)了分布式發(fā)電系統(tǒng)。這一類型的電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)恰好可以彌補(bǔ)發(fā)展此類能源時(shí)的各種不足。分布式發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)電，除了供其自身消耗外，還可以將多余電能輸送給公共電網(wǎng)。如何將這些電能高效率的輸送至電網(wǎng)，成為了使用該系統(tǒng)的一大熱點(diǎn)問題。為了在輸送電能時(shí)候可以準(zhǔn)確調(diào)整控制策略，就需要第一時(shí)間準(zhǔn)確掌握公共電網(wǎng)的相位、頻率等信息。現(xiàn)在熱門研究點(diǎn)在鎖相環(huán)的改進(jìn)和使用。

目前在并網(wǎng)三相系統(tǒng)中使用最多的同步方法就是PLL[1]。如[2]中描述的，在平衡電網(wǎng)電壓下，這些方法是可以得到很好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。但當(dāng)這些設(shè)計(jì)在不平衡或畸變電網(wǎng)電壓下運(yùn)行時(shí)非常慢。[3]中提出的快速鎖相環(huán)方法可以消除某些諧波的影響，但這種方法的實(shí)現(xiàn)是非常復(fù)雜的，且僅限于取消少數(shù)諧波的影響。在[4]中，提出了一種新的基于多參考幀理論的控制算法，以消除輸入電網(wǎng)電壓不平衡或含有低次諧波時(shí)并網(wǎng)變流器交流電流中的低階諧波分量。[5]中使用的基于PLL的同步方法的性能良好，即使在電壓不平衡和失真情況下也是如此。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，一些在移動(dòng)平均濾波器的歸一化相關(guān)檢測角度的實(shí)際問題（MAF）階段必須解決，避免溢出。此外，該解決方案沒有設(shè)計(jì)在可變頻率下工作。

1 本文所提的MPLL分析

本文提出的同步方法是基于滑動(dòng)平均濾波器，即一種低通濾波器，它被擴(kuò)展到能使頻率自適應(yīng)的條件下。這種方法允許快速檢測電網(wǎng)電壓的正序，不再受到電網(wǎng)中不平衡或諧波的影響。

圖1顯示為本文所設(shè)計(jì)新型鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)。首先，電網(wǎng)電壓矢量通過在基頻（ωf）和任意角度位置（θf）旋轉(zhuǎn)的同步參考坐標(biāo)系中進(jìn)行變換。vd和vq分量由于諧波和電壓負(fù)序而含有振蕩。兩個(gè)分量將會(huì)在MAF里面濾去振蕩，因此，如果給了一個(gè)合適的窗口寬度，矢量vd和vq會(huì)是固定值，且只包含電網(wǎng)電壓的正序。

圖2 鎖相環(huán)的矢量圖

如圖2所示，vq分量不一定是零，因?yàn)镻ark變換中使用的角度是任意的。因此，電壓矢量不在d軸，但在另一個(gè)以任意角旋轉(zhuǎn)的參考坐標(biāo)系中的d'軸。

在這種結(jié)構(gòu)中，MAF的dq輸出變量以相同的任意角度θf轉(zhuǎn)換到abc分量中。所得到的信號(hào)（va，vb，vc）和基波正序電網(wǎng)電壓相關(guān)聯(lián)，因此，它們不含任何畸形或不平衡分量。由于這個(gè)原因，這個(gè)階段被認(rèn)為是作為三相電壓分量的準(zhǔn)理想濾波器。再次把變量轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系，在這時(shí)，同步角（θ+）通過一個(gè)可以使vq+經(jīng)比例積分器后變?yōu)榱愕慕?jīng)典控制回路得到。PI的輸出（ω+）是經(jīng)過積分環(huán)節(jié)得到θ+。應(yīng)該注意的是，在這種結(jié)構(gòu)中，PI調(diào)節(jié)器參數(shù)可以被調(diào)整以實(shí)現(xiàn)PLL的快速響應(yīng)，因?yàn)樵趘q+分量中不希望出現(xiàn)不期望的振蕩。

圖1相同的結(jié)構(gòu)，可以用來獲得輸入電網(wǎng)電壓的負(fù)序，通過強(qiáng)加給Park和iPark變換一個(gè)在相反方向的任意旋轉(zhuǎn)角度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

模擬MPLL以測試其性能。

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：在t=50ms時(shí)，引入不對(duì)稱電壓跌落（60%、20%和0%），因此，在dq分量中出現(xiàn)一個(gè)基波負(fù)序。在一個(gè)MAF時(shí)間內(nèi)振蕩被完全取消。

第二個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：在t=30毫秒時(shí)，引入不對(duì)稱電壓跌落（60%、40%和20%）。在t=60 ms時(shí)，添加一個(gè)奇次諧波分量：三次（30%）、五次（40%）和七次（20%）。

觀察分析得出MPLL具有很好的性能，在半個(gè)電網(wǎng)周期（10毫秒）內(nèi)快速消除檢測角的誤差，無論出現(xiàn)什么樣的干擾。在MAFs之前dq分量包含震蕩，但在MAFs之后完全消失了。首先，這些振蕩會(huì)產(chǎn)生，因?yàn)樵诔霈F(xiàn)電壓跌落的過程中，出現(xiàn)了基波負(fù)序，其次，是由于諧波失真，帶來了震蕩的產(chǎn)生。從結(jié)果中，可以得出該MPLL可以克服相位跳變、電壓暫降、高諧波失真的影響。

如本例所示，所提出的MPLL在存在電網(wǎng)干擾的情況下具有很好的性能。

3 總結(jié)

本文針對(duì)傳統(tǒng)的三相鎖相環(huán)在三相電壓不平衡條件下，不能較好消除諧波的缺點(diǎn)，提出了一種基于雙MAF的新型鎖相環(huán)，解決了上述問題，并通過仿真軟件驗(yàn)證了該鎖相技術(shù)在電網(wǎng)受到干擾的情況下都能夠達(dá)到較高的鎖相精度。

【參考文獻(xiàn)】

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