【《并网同步锁相技术研究文献综述》2900字】

第1章绪论i并网同步锁相技术研究文献综述锁相环的出现可以追溯到上世纪三十年代，最初是为同步视频信号的接收而开发的。从那时起，锁相环被广泛应用于各种情况，比如：谐波和间谐波的检测、电网故障检测、微电网的孤岛检测、电力系统中基波的参数估计、交直流电机的控制以及电能质量治理设备的同步等。如图1-1所示，通常，鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三个部分组成基本的锁相环结构。锁相环首先通过PD环节将输入信号Vi(t)和输出信号Vo(t)的相位差转变为电压信号Vd(t),然后通过LF环节对进行滤波处理，最后通过VCO环节得到输出信号Vo(t)并反馈到PD环节，形成一个闭环调节系统[14]。PDPDLFVCOVi（t）Vd（t）Vc（t）Vo（t）Vo（t）图1-1基本锁相环控制结构基于同步旋转坐标系的锁相环(SRF−PLL)是目前使用最多的锁相环结构之一，其结构如下图所示。从图1−1中可以看出，SRF−PLL也分为PD、LF和VCO三个部分，其中V、ωg和θg分别为SRF−PLL估计出的电网电压的幅值、角频率和相位，为电网的基准角频率，kp、ki为比例积分abcαβabcαβαβdqVdVqVKp+Ki/sΔωgωgωg1/sθgPDLFVCO图1-2基于同步旋转坐标系的锁相环结构过多的静态误差可能会导致有源电力滤波设备无法保证恒定的直流侧电容电压，而动态误差会导致有源电力滤波器设备传输不必要的谐波。传统的SRF−PLL在理想电网下有出色的性能，但是，如果线路电压非常不稳定，则必须减小系统带宽以确保锁相精度，否则SRF−PLL无法从电网中准确地提取出电网电压的相位信息，使用起来是有局限性的。为了在高度不稳定的电源电压条件下精确地提取电源电压的相位信息，国内外相关专家和科学家提出了许多新的锁相环结构，这些结构都适合于严重畸变的电网电压[16]，大致可以分为以下几类：基于多同步旋转坐标系的锁相环(MSRF−PLL)、基于陷波器的锁相环(NF−PLL)、基于滑动平均滤波器的锁相环(MAF−PLL)、基于延迟信号消除的锁相环(DSC−PLL)、基于二阶广义积分器的锁相环(SOGI−PLL)、基于复数滤波器的锁相环(CCF−PLL)以及一些其他方法，下面对其中几种有出色性能的锁相环简要介绍。1基于多同步旋转坐标系的锁相环：通过使用两个角速度相同但旋转方向相反的Park变换环节，可以分离正序分量和负序分量，通过交叉反馈结构可以完全消除电网电压不平衡时由负序分量引起的相角误差。但当电网电压严重失真时，谐波分量仍会引起相角误差，为了解决这一问题，MSRF−PLL过添加多个通用的Park变换环节，将负序分量和各次谐波分量变为各自旋转坐标系下的直流量，并通过交叉反馈结构准确地估计出了电网电压的相角。MSRF−PLL具有响应速度快、可以分别提取负序分量和各次谐波分量等优点。但是，该方法的结构复杂，大大增加了算法的计算量。理论上，需要无限数量的同步旋转坐标系来完全抑制谐波分量的影响[17]。2基于滑动平均滤波器的锁相环：滑动平均滤波器是一种具有强大滤波功能的线性相位滤波器，如果将MAF环节的时间窗长度选为工频周期，滑动平均滤波器可以滤除所有AC分量同时保留DC分量，此时，MAF可以视为“理想的低通滤波器”。由于滑动平均滤波器具有出色的抑制负序分量和谐波分量的能力，因此在线路电压失真较大的情况下，MAF−PLL仍然能够准确地提取出相角信息。但是由于滑动平均滤波器环节巨大的延迟效应，大大降低了系统的动态响应速度，增加了算法的计算量。为了提高MAF−PLL的响应速度，可以通过牺牲MAF环节的滤波能力来减少MAF环节的延迟时间。如果电源电压仅包含奇次谐波，则可以将MAF环节的时间窗长度选择为半个工频周期，如果仅存在奇次谐波，并且该奇次谐波是非三的整数倍，MAF环节的时间窗长度可以减少到功率频率周期的六分之一，从而可以提高MAFPLL的响应速度，但效果是有限的[18]。滑动平均滤波器的传递函数如下：GMAF3基于延时信号消除的锁相环：延迟信号抑制算子具有非常强大的滤波功能并且非常灵活。通过级联具有不同参数的延迟信号消除算子，可以分别提取一定的谐波，并且可以分离正序和负序。DSC环节既可以放置在SRF−PLL的内部环路中，称之为环内DSC−PLL，也可以放置在SRF-PLL的输入前端，这称为预处理的DSC−PLL。但是，这两种结构都是使用级联DSC算子，以提高系统的滤波能力并实现准确估计电源电压相角的效果。因此，基于延时信号消除的锁相环和基于滑动平均滤波器的锁相环有着类似的问题，即动态性能太慢和算法的计算量太大[19]。对于在dq旋转坐标下的任意电压信号u(t)的DSC运算，记为：fdqDsc4基于复数滤波器的锁相环：复数滤波器具有接近零频非对称的滤波特性，利用这一特性提出了一种基于复数滤波器的锁相环，该锁相环不仅可以估计电网电压的相角，还可以分离正序分量和负序分量，其传递函数为式1-3。但是当电网谐波含量较高时，CCF法无法准确地进行正负序分离。通过级联多个复数滤波器，可以分别提取每个谐波分量，同时提取用于精确锁相的基本分量，从而实现精确锁相。与MSRF−PLL类似，提出的方法要求电网中的各次谐波都需要配置一个滤波模块才能实现精确锁相，限制了其开发和应用。提出了一种全数字化锁相环，可以直接在z域中直接实现了CCF结构，从而大大减少了算法的计算量，简化了参数设计过程。指出SRF−PLL本质上就是一个复数滤波器，传统的SRF−PLL和复数滤波器在数学上是等效的，基于双同步旋转坐标系的锁相环与双复数滤波器级联的结构是等效的。与MSRF−PLL相比，复数滤波器结构具有简单的结构和低得多的计算量。CCF法具有结构简单、计算量少以及可以进行正负序分量分离等优点。它具有巨大的研究价值，但是目前这种类型的方法尚未引起学术界的足够重视[20]。F(s)=ω参考文献王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功补偿[M].北京：机械工业岀版社，2006：245-311.SinghB,GairolaS,SinghBN,etal.MultipulseAC-DCConvertersforImprovingPowerQuality:AReview[J].IEEETransactionsonPowerElectronics,2008,23(1):260-281.徐志勇.并联型有源电力滤波器检测与控制系统研究[D].中国矿业大学,2017.张子麒.单相并联型有源电力滤波器综合补偿系统研究与设计[D].兰州交通大学,2019.汪博文.并联型有源电力滤波器检测和控制技术研究[D].华中科技大学,2019.鞠建永.并联有源电力滤波器工程应用关键技术的研究[D].浙江：浙江大学，2009：1-15.FreijedoFD,YepesAG,Lopez0,etal.Anoptimizedimplementationofphaselockedloopsfbrgridapplications]J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2011,60(9):3110-3119.蒋斌，颜钢锋，赵光宙.一种单相谐波电流检测法的研究卩].电工技术学报,2000,15(6):65-69.郑远辉，杨苹，王月武，等.基于重复控制的有源电力滤波器6k±l次谐波补偿[J].电力系统自动化,2016,40(16):125-131.赵清林，郭小强，鄂伟扬.单相逆变器并网控制技术研究[J].中国电机工程学报,2007,27(16):60-64.LuoW,WeiD.AFrequency-AdaptiveImprovedMoving-Average-FiIter-BasedQuasi-Type-1PLLforAdverseGridConditions[J].IEEEAccess,2020,(8):54145-54153.臧春艳，裴振江，何俊佳，等.链式STATCOM直流侧电容电压控制策略研究[J].高压电器，2010,46(1):17-21.全恒立，刘志刚，张钢，等.并联型有源滤波器主电路关键参数设计[J].电工技术学报,2011,26(12):106-112.ClarksonP,WrightPS.Awavelet-basedmethodofmeasuringfluctuatingharmonicsfordeterminingthefilterti