準(zhǔn)確快速地獲取電網(wǎng)基波正序電壓的相位信息,是實現(xiàn)并網(wǎng)變流器精確控制的前提。然而當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)異常時,傳統(tǒng)的閉環(huán)鎖相方法動態(tài)響應(yīng)時間較長,難以滿足快速響應(yīng)的控制需求。為此提出一種基于三相電壓空間矢量的開環(huán)鎖相方法,該方法首先通過過零檢測得到電網(wǎng)的頻率;然后利用離散傅里葉級數(shù)濾除電網(wǎng)電壓中的諧波與噪聲,并得到與基波電壓相互正交的電壓信號;在此基礎(chǔ)上采用對稱分量法提取電壓正序分量;最后根據(jù)電壓空間矢量計算基波正序電壓的實時相位。同時為了應(yīng)對電網(wǎng)電壓突變時過零檢測出現(xiàn)的異常頻率,提出一種改進(jìn)的過零檢測算法,可有效應(yīng)對電網(wǎng)電壓異常時的頻率檢測。所提出的鎖相方法無需參數(shù)設(shè)計且結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快,在異常電網(wǎng)環(huán)境下具有較強(qiáng)的魯棒性,仿真和實驗結(jié)果驗證了該方法的有效性和可行性。 

【文章來源】：電工技術(shù)學(xué)報. 2020年16期 北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

三相電壓與空間矢量的關(guān)系Fig.1Relationbetweenthree-phasevoltageand

3464電工技術(shù)學(xué)報2020年8月確，但當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)擾動時，檢測算法將無法有效識別異常的頻率跳變。綜合考慮本文選取errf0.5。電壓信號在進(jìn)行過零檢測之前需要先經(jīng)過一個低通濾波器，可以粗略濾除電壓中的諧波和高頻噪聲，有效地防止諧波和噪聲引起的多個過零點(diǎn)的問題，而設(shè)置低通濾波器僅會給電壓信號帶來一點(diǎn)延時，不影響頻率檢測的精度。以上過零檢測算法能夠應(yīng)對大部分電網(wǎng)電壓突變情況下的異常頻率。圖3為本文所提出的開環(huán)鎖相方法的總體框圖。采樣的電網(wǎng)電壓先經(jīng)過一個低通濾波器，濾除諧波分量，再利用圖2所示的過零檢測算法得到電網(wǎng)頻率，然后將檢測到的頻率輸入到離散傅里葉級數(shù)中，用以提取電網(wǎng)電壓中的基波分量abcu和與其相互正交的電壓信號abcv。在此基礎(chǔ)上通過對稱分量法分離出電壓中的正序分量，最后再利用式（1）的方法計算電壓的實時相位。由于離散傅里葉級數(shù)提取基波需要半個周期的延時，在電網(wǎng)頻率固定的條件下，該方法可以在半個周期內(nèi)準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)相位，考慮到頻率的波動，在最極端的情況下該方法也能在1.5個周期內(nèi)準(zhǔn)確鎖相。而且整個鎖相過程只需要進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算，無需參數(shù)設(shè)計，因此適用于任何環(huán)境下的電網(wǎng)，具有較強(qiáng)的魯棒性。圖3開環(huán)鎖相總體框圖Fig.3Diagramofproposedopen-loopphase-locked3仿真驗證為了驗證本文方法的有效性，將所提出的鎖相方法與目前性能較好的閉環(huán)鎖相方法，如基于級聯(lián)延時信號消除法的鎖相環(huán)[14]（CascadedDelayedSignalCancellationPLL,CDSC-PLL）和開環(huán)鎖相方法，如增強(qiáng)型開環(huán)鎖相[17]（EnhancedversionoftheTrueOpen-LoopSynchronization,ETOLS）進(jìn)行對比

Hz。為了檢驗鎖相環(huán)的動態(tài)效果，設(shè)計了六種運(yùn)行工況見表1，用以模擬電網(wǎng)正常運(yùn)行、諧波畸變、不對稱、頻率突變、相位突變和綜合故障的情況。表1不同運(yùn)行工況下的電網(wǎng)電壓參數(shù)Tab.1Voltageparametersunderdifferentconditions工況運(yùn)行情況正序分量負(fù)序分量諧波含量頻率/幅值(pu)相位幅值(pu)相位5次7次Hz1正常運(yùn)行100000502諧波畸變10000.10.1503不對稱100.2000504頻率突變10000050.55相位突變1/20000506綜合故障1/20.2/20.10.150.5圖4為電網(wǎng)從工況1切換到工況2的仿真結(jié)果，即電網(wǎng)電壓突加諧波下的電網(wǎng)電壓波形和三種鎖相環(huán)輸出相位與基準(zhǔn)相位的誤差波形。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)畸變時，三種鎖相環(huán)的相位誤差都出現(xiàn)了不同程度的波動，其中本文所提出的開環(huán)鎖相方法在半個周期內(nèi)，相位誤差即可恢復(fù)到零，ETOLS的響應(yīng)時間約19ms，而CDSC-PLL響應(yīng)時間超過了兩個周期。由于ETOLS中存在微分環(huán)節(jié)，對諧波較為敏感，因此動態(tài)過程中相位誤差的波動較大。雖然本文所提的開環(huán)鎖相方法相位誤差幅值要比閉環(huán)鎖相方法大，但誤差在1.5°以內(nèi)，且恢復(fù)較快，對電力電子裝置的控制影響不大。同時5次諧波和7次諧波的疊加，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形存在多個過零點(diǎn)，從仿真的波形看，采用圖2的過零檢測算法得到的頻率未出現(xiàn)異常的突變，說明該算法可以有效應(yīng)對電網(wǎng)電壓畸變時的頻率檢測。圖4諧波畸變時的鎖相結(jié)果Fig.4Phase-lockedresultsofharmonicdistortion

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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