1、 基于正弦幅值积分器的单同步坐标系同步信号提取策略重庆大学硕士学位论文(学 术 学位 )学生姓名：刘延东指导教师：杜雄教授专 业：电气工程学科门类：工学重庆大学电气工程学院二 O一四年五月Estimation of Synchronization Signal Using Sinusoidal Amplitude Integrators in Synchronous Reference Frame A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMasters
2、Degree of Electrical EngineeringByLiu YandongSupervised by Prof. Du Xiong Specialty：Electrical Engineering College of Electrical Engineering of Chongqing University Chongqing, China May, 2014中文摘要摘 要世界性的能源危机和环境污染促使工业界和学术界大力推动以太阳能、风能等为主的新能源分布式发电系统的飞速发展。现代电网要求分布式发电系统能够在非理想电网工况下保持并网发电运行，而作为接口电路，并网变流器的控制
3、就显得尤为重要。快速准确提取电网电压的幅值、相位角和频率等同步信息是实现并网变流器精确控制的重要保障。各种各样的同步提取方案为同步信号的提取提供了技术支持，其中尤以单同步坐标系锁相环(SRF-PLL)应用最为广泛，但是在电网不对称、畸变、含直流电压偏置等非理想工况下，SRF-PLL同步提取效果较差，不能满足要求。针对非理想电网工况，以SRF-PLL和复系数传递函数(CCF) 为基础，本文提出一种新的基于锁相环技术的同步提取方案，并对其进行了深入的研究。电网电压不对称时，在d-q同步坐标系中，基波正序分量变为直流分量，而基波负序分量则变为负二倍工频(-20)的交流分量，交流分量会影响SRF-PL
4、L的同步性能。正弦幅值积分器(SAI)是一种可用复系数传递函数(CCF)表示的，具有选频、选极性特征的交流谐振积分器，可实现对交流分量幅值的积分；类似于直流积分器，基于SAI构建的负反馈环可实现对特定频率交流分量的零误差跟踪。因此，本文将提取频率为-20的正弦幅值积分器负反馈环及相应的“ 辅助分离结构”引入到SRF-PLL结构中，提出一种基于正弦幅值积分器锁相环 (SAI-Based PLL)的同步提取方案；该方案实现了单同步参考坐标系下基波正、负序分量的准确分离，由分离得到的基波正、负序分量，可同时提取电网电压基波正、负序分量的幅值和相位角。文中在复频域中对整个系统的工作原理进行了详细的分析
5、；文中进行了参数设计，仿真对比和实验测试验证了SAI-Based PLL的准确性和快速性。电网含直流电压偏置时，在d-q同步坐标系中，基波正序分量变为直流分量，而直流偏置则变为工频(-0)交流分量。类似于不对称工况，将提取频率为-0的正弦幅值积分器负反馈环及相应的“辅助分离结构” 引入到 SRF-PLL结构中，就可实现含直流偏置工况下，基波正序幅值、相位角的准确提取。同样的，在电网电压同时包含基波正负序、谐波、直流偏置工况下，可将多个提取频率不同的正弦幅值积分器负反馈环及相应的“辅助分离结构” 引入到 SRF-PLL结构中，构造多通道方案Multi-SAI-Based PLL，详细的理论推导和
6、仿真、实验结果表明：该多通道方案可同时消除不对称、谐波、直流偏置的影响，快速准确提取电网同步信号。关键词：同步信号提取，非理想电网工况，锁相环，复系数传递函数，正弦幅值积分器I重庆大学硕士学位论文II英文摘要ABSTRACT Energy crisis and environmental pollution push the researchers to make effortstowards the development of distributed generation (DG) systems, such as wind andsolar energy to address energ
7、y and environmental problems. The morden grid requiresthat DG systems should be grid-connected even under non-ideal grid conditions.Therefore, as the interface of the DG systems, the control of the grid-connectedconverters is particularly important; actually, the fast and accurate detection of grids
8、ynchronization signals is a key issue that has to be considered in the control of theconverter and a lot of synchronization methods have been proposed, among theseexisted methods, SRF-PLL is the most widely used and it outputs accuratesynchronization signal under ideal grid condition, however, SRF-P
9、LL can not workwell when the grid voltage is contaminated by unbalance, harmonics and dc offsets,etc To realize an accurate and fast extraction of grid synchronization signals, based onthe SRF-PLL and complex-coefficient transfer function (CCF), a brandly new PLLbased synchronization method is propo
10、sed in this paper and its operation principle isfully analyzed.Under unbalanced grid condition, in synchronous reference frame, thepositive-sequence component corresponds to dc, while the negative-sequencecomponent corresponds to the ac at twice the fundamental frequency of opposite sign(-20), which
11、 deteriorates the output of the SRF-PLL. To obtain an accurate extractionof synchronization signals, some measures should be taken to accurately extract the dccomponent. The sinusoidal amplitude integrator (SAI) is a resonant integrator who canrealize the amplitude integration of sinusoidal signals;
12、 whats more, the SAI possessesthe frequency and the polarity selective property, so, simillar to the dc case, the SAIbased feedback loop can extract the specified ac component with unity gain and zerophase shift. Therefore, the SAI-Based PLL method is proposed by incorporating theSAI based feedback
13、loop and its relevant auxiliary separation unit into the SRF-PLLstructure. With the proposed method, the dc and ac component can be separatedcompletely in single synchronous reference frame, therefore, the amplitude and phaseangle of both positive- and negative-sequence components can be extracted.
14、In thispaper, the operation of the proposed method is analyzed using the complex-vectornotation. Simulation and experimental results on the performance of the proposedIII重庆大学硕士学位论文SAI-Based PLL and comparison with other synchronization methods are presented.In d-q frame, the dc offset generates a vo
15、ltage component having the samefrequency (-0) as that of the grid voltage. By changing the resonant frequency of theSAI, the proposed SAI-Based PLL can also completely eliminate the influence of thedc offset contained in the input grid voltage. Moreover, this paper presents a generalMulti-SAI-Based
16、PLL structure for grid synchronization when the grid is unbalanced,harmonically distorted, and contains dc offset. Analysis is given to demonatrate thatthe Multi-SAI-Based PLL can eliminate the influence of unbalance, harmonics, and dcoffset at the same time. Simulation and experimental results are
17、presented todemonstrate the excellent performance of the proposed method.Keywords: Synchronization signals extraction, phase-locked loop, complex coefficienttransfer function, sinusoidal signal integrator, non-ideal grid conditionsIV目 录目 录中文摘要I英文摘要. III1绪论 11.1选题背景. 11.2同步信号提取面临的问题及提出的要求 . 11.2.1非理想
18、电网工况. 11.2.2非理想工况下对同步信号提取方案的要求 . 31.3同步信号提取研究现状. 31.3.1锁相环技术. 41.3.2基于锁相环工作的同步信号检测方法 . 61.4本文主要研究内容. 102电网电压不对称时的同步提取策略 132.1 SRF-PLL的工作原理介绍 132.2不对称工况下 SRF-PLL性能分析 152.3正弦幅值积分器. 172.4正弦幅值积分器锁相环. 212.5系统控制模型与参数设计. 242.5.1系统控制模型. 242.5.2系统参数设计. 252.6仿真分析. 272.7实验验证. 292.7.1单相电压跌落实验. 292.7.2两相电压跌落实验.
19、302.7.3电网电压不对称工况下频率跳变实验 . 312.8本章小结. 313电网电压含直流偏置时的同步提取策略 . 333.1电网含直流偏置工况下 SRF-PLL 性能分析 333.2解决方案. 343.3仿真分析. 363.3.1直流电压偏置分量抑制效果 . 373.3.2和现有方法的对比. 38V重庆大学硕士学位论文3.4实验验证. 383.4.1三相对称交流电压加入直流偏置分量. 383.4.2电网含直流电压偏置工况下频率跳变实验. 393.5本章小结. 404电网电压畸变时的同步提取策略 . 414.1电网电压不对称、谐波、直流偏置工况下 SRF-PLL 性能分析 414.2多通道
20、方案MULTI -SAI-BASED PLL 434.3仿真分析. 494.3.1对称电网电压中加入谐波分量. 494.3.2含谐波电网电压发生不对称跌落. 504.3.3含谐波、直流偏置电网电压发生不对称跌落. 514.4实验验证. 534.4.1电网含直流电压偏置工况下不对称跌落实验. 534.4.2不对称电网含直流偏置工况下频率跳变实验 534.4.3电网含谐波工况下单相电压跌落实验. 544.4.4电网含谐波工况下两相电压跌落实验. 554.4.5不对称电网含谐波工况下频率跳变实验. 564.4.6不对称电网含谐波、直流偏置工况下频率跳变实验 . 564.5本章小结. 575结论与展望
21、 . 595.1论文工作总结. 595.2后续研究工作的展望. 59致 谢 61参考文献 63录 69附A.作者在攻读硕士学位期间发 表的论文目录： 69B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研 项目： 69VI1 绪论1 绪 论1.1选题背景化石能源是一种不可再生能源，如煤、石油、天然气等，在使用过程中往往会引起相当严重的环境问题。如今，随着化石能源储量的减少，世界能源需求很难得到满足，“ 能源危机”已成为一个世界性话题。因此，在 环境污染严重以及能源日益紧缺的今天，开发和利用可再生绿色能源已经成为人类的迫切需要。其中，分布式发电技术备受重视，其在电力系统中所占的比重也日益增加 1。光伏发电、风
22、力发电等清洁能源发电方式在电力系统中发挥着并网发电、削峰填谷、无功补偿、谐波抑制等方面的作用，因此一般将分布式发电系统接入电网中运行1。在分布式并网发电系统中，并网变流器起着连接电网与发电系统的纽带作用2,3。为保证分布式并网发电系统能够按照电网调度的要求正常运行，就有必要对并网变流器进行相应的功率控制，这其中功率控制又包括有功控制和无功控制，而要实现对有功和无功的控制，就需要对并网电流矢量进行相应的控制，而并网电流矢量的控制是以电网电压的幅值和相位角为参考的，所以这里就需要对电网电压的幅值、相位角进行实时准确提取，即电网电压同步信号的实时准确提取4。可见，电网电压同步信号的实时准确提取对并网
23、变流器的控制起着重要的作用。此外，电网是一个复杂的网络，容易受外界影响，如电网负荷的切入切除、谐波电流引起的电压畸变、短路事故和电网设备的错误操作等等，这会导致电网处于非理想电网工况。因此，当并网发电系统并入电网后，为保证其能够在非理想电网工况下正常并网运行，就要求同步提取方案能够快速准确检测当前电网状态下的电压同步信号，进而保证精确的功率控制4。除了分式发电系统中并网变流器的控制，其它重要应用中电力电子装置的控制同样离不开电网电压同步信号的精确提取，如功率因数校正电路，有源滤波电路，分布式 UPS互联电路，柔性交流输电系统(FACTS)等5。如今，随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子装
24、置应用在电网中，而其中绝大多数装置都需要并网运行，这也极大拓展了同步信号提取的应用范围。由此可见，研究一种快速、高精度的同步提取方案是提高电网电能质量、提高并网装置运行效率的需要。1.2同步信号提取面临的问题及提出的要求1.2.1非理想电网工况实际上，电网并非一直处于理想工况，对于那些基于电力电子变换器工作的1重庆大学硕士学位论文并网装置来讲，与电网保持同步是其正常运行的必备条件，所以非理想电网工况下电网同步信号的提取就显得尤为重要。通常情况下，同步提取系统主要考虑以下几种非理想电网工况4：电网三相不 对称三相系统可分为对称系统和不对称系统。对称三相系统是指三相电量（电动势、电压或电流）数值相
25、等、频率相同、相位互差 120的系统。不同时满足这三个条件的三相系统是不对称系统。各种不对称短路故障，三相不对称电压跌落，供电线路的不对称，三相负荷的不对称都会引起电力系统的三相不对称5。根据对称分量法，三相不对称系统中的电压可分解为正序分量、负序分量和零序分量（常可以忽略），而基波负序分量的存在势必会对同步信号的提取产生较大的负面影响。电网电压畸 变一般而言，理想电力系统应具有单一频率，单一波形，若干电压等级的电能属性。随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子装置开始应用到电网中，然而，作为供电电源和用电设备间的非线性接口电路，所有电力电子装置在实现功率控制和处理的同时，都不可避免的产生非
26、正弦波形，向电力系统注入谐波电流，使公共连接点(PCC) 的 电压波形严重畸变。当然了，电力系统中的非线性负荷也是造成波形畸变的主要原因5。任何周期性的畸变波形都可用一系列频率为基波频率整数倍的理想正弦波形的和来表示，其中，频率为基波频率整数倍的分量称为谐波。谐波的存在也会对电网同步信号的准确提取产生较大的负面影响。频率偏移频率是电能质量最重要的指标之一。交流电力系统是以单一恒定的标称频率、规定的几种电压等级和以正弦函数波形变化的交流电向用户供电。我国采用 50Hz标称频率，所有与电力系统直连的电气设备都必须在频率正常偏移范围内才能正常运行。当发电机和负荷间出现有功功率不平衡时，系统频率就会出
27、现频率偏移，频率偏移的大小及其持续时间取决于负荷特性和发电机控制系统对负荷变化的响应能力，我国规定电网频率的最大正常偏移范围为0.5Hz。但是当电力系统出现大事故，如大面积甩负荷、大容量发电设备退出运行等，会加剧电力系统有功功率的不平衡，使系统频率偏移超出规定的极限范围，产生较大的频率跳变6。直流偏置在交流系统中出现直流电压或电流称为直流偏置，这可能是由于地磁干扰或半波整流产生的6。此外，电网暂态故障会产生直流偏置分量，电网电压的测量采样环节、A/D信号处理环节等都会不同程度的引入直流偏置分量 7-9。21 绪论1.2.2非理想工况下对同步信号提取方案的要求在理想电网电压工况下，同步提取方法基
28、本上都能够获得良好的同步提取性能。在非理想电网电压工况下，诸如三相不对称，谐波畸变，直流偏置，频率跳变等工况，三相输入电压中会存在基波负序分量，谐波分量，直流分量等。为保证上述非理想工况下获得良好的同步提取性能，就要对同步提取方案提出相关要求：同步提取方案要能够在非理想电网工况下快速准确地提取 电网基波正序电压分量的幅值和相位角；良好的频率跟踪性能； 结构的简易性。1.3同步信号提取研究现状鉴于同步信号提取在诸多并网应用领域，特别是在并网分布式发电系统控制结构中的重要性，许多学者对其进行了研究，提出了多种同步信号提取方案。此外，随着分布式发电系统规模不断扩大以及电网工况的多样化，对同步信号提取
29、方案的要求也越来越高。文献中提出的同步提取方案大致可以分为开环和闭环两大类。过零鉴相法9，空间滤波器 (SVF)法10，扩展卡尔曼滤波器 (EKF)法10,11(WLSE)12,13，移 动平均滤 波器 (MAF)14,15，加权最小二乘法估计法等方案都属于开环同步提取方案，这些方案一般都存在锁相精度不高、响应慢、对系统频率变化和三相电压不平衡较敏感等问题，不适宜应用于电网频率变化快、畸变严重以及动态响应要求高的场合。闭环提取方案实际上就是一个闭环负反馈控制系统，通过调节相关误差信号为零来达到“ 锁定” 的目的， 闭环方案主要分为锁相 环(phase-locked loop, PLL) 和锁频
30、环 (frequency-locked loop, FLL)15 。单同步参考坐 标系锁相环 (synchronousreference frame phase-locked loop, SRF-PLL)16,17在理想电网工况下表现出良好的性能；在电网不对称或畸变工况下，基于瞬时对称分量法的单同步参考坐标系锁相环18,19，延时信号相消法(delayed signal cancellation, DSC)20-22 ，双二阶广义积分器锁相环(double second order generalized integrator phase-locked loop, DSOGI-PLL)方案23
31、,24，解耦双同步参考坐标系锁相环(decoupled double synchronous referenceframe phase-locked loop, DDSRF-PLL)25,26及其多通道方案27锁相环(adaptive notch filter phase-locked loop, ANF-PLL)28锁频环(adaptive notch filter frequency-locked loop, ANF-FLL)29,30，基于自适应陷波器，基于自适应陷波器的，基于二阶广义积分器的锁频环 (double second order generalized integrator
32、frequency-locked lopp,DSOGI-FLL)31及其多通道方案 32，改进的增强型锁相环 (enhanced phase-lockedloop，EPLL)33 ，复系数(complex coefficient)分离 24,34-38等闭环同步提取方法都可以消除基波负序分量、谐波分量的影响，准确提取电网同步信号。对于电网电压含直流偏置工况，已有文献对其影响进行研究 17 ，但却鲜有文3重庆大学硕士学位论文献研究如何消除直流偏置分量对同步提取的影响。文献9引入改进的 SOGI-QSG结构来消除直流偏置的影响，文献43采用正负半周积分的方法，但这两种方法只适用于单相系统；在文献4
33、3,46中，Karimi-Ghartemani提出一种新的解决方案，通过在常规 SRF-PLL的结构中增加一个积分环来消除直流偏置分量的影响，但该方案只适用于三相对称系统，对于电网不对称、畸变工况，该方案不能正常工作；文献45提出一种 结合SOGI和线性卡尔曼滤波器(linear kalman fliter, LKF)的方案，该方案能够在电网不对称、畸变、含直流偏置工况下准确提取电网电压的同步信号，但是该方案的收敛速度依赖于 LKF参数的合理配置。目前，锁相环技术已经成为同步信号提取领域最主流、应用最广泛的技术，许多种同步信号提取方法都是基于锁相环的结构。本文同样利用锁相环技术提出适用于某些非
34、理想电网工况的同步提取方案，所以，本节将对锁相环技术以及基于锁相环技术的几种主要同步方案进行相应介绍。1.3.1锁相环技术能够实现两个电信号相位同步的相位误差负反馈自动控制系统被称为锁相环(phase-locked loop, PLL)，早在 20世纪初，学者 Appleton和 Bellesciz就提出了锁相环的概念，最初用于无线电信号的同步接收，此后，锁相环开始被广泛应用于工业领域47，如通信系统、电机控制系统48、不间断电源49 等等。近年来，随着可再生能源技术的迅猛发展，锁相环技术开始在电网同步领域得到应用。基本锁相环其闭环控制回路一般由鉴相器 (PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器
35、(VCO)组成，其控制结构如图 1.1所示5：vi(t) 鉴相器 vd(t) vc(t) vo(t) 环路滤波器 压控振荡器（PD） （LF） （VCO）vo(t) 图 1.1锁相环闭环控制结构Fig. 1.1 Schematic diagram of the closed-loop PLL鉴相器(PD)的作用是将压控振荡器的输出信号 vo(t)与输入信号 vi(t)进行相位比较，从而产生对应于两信号相位差的误差电压 vd(t)，通常采用乘法器来实现输入信号与输出信号之间的相位比较；环路滤波器(LF)的作用是滤除误差电压 vd(t)中的二次谐波分量和噪声，以确保环路控制系统的稳定性，实际中常采
36、用 PI调节器来调节系统的滤波性能与动态性能，通过合理配置 PI调节器参数，从而实现锁相闭环的稳定；压控振荡器(VCO)的作用是完成电压/ 频率的变换，即压控振荡器的输出信号频率与输入误差电压 vc(t)大小成正比，它的数学模型是一个积分器。41 绪论显然，该锁相环路实际上是一个相位误差的闭环控制系统。即通过比较输入信号与压控振荡器输出信号之间的相位差，产生一个对应于两个信号相位差的误差电压，该误差电压经滤波（常采用 PI调节器）处理后去 调整压控振荡器（积分环节）的输出相位。当环路锁定时，输入信号与压控振荡器输出信号的相位差为零。从实现方式上看，锁相环一般可分为模拟锁相环(APLL)，数字锁
37、相环(DPLL)和软件锁相环(SPLL)。硬件锁相环电路复杂，容易出现直流零点漂移、器件饱和、初始值校准等问题，特别是在过零点附近存在噪声干扰会严重影响同步信号检测的准确性。数字锁相环，整个系统不含任何模拟器件，由逻辑器件组成，而且系统所有信号都是二进制信号，数字锁相环具有数字电路的一切优点，比如良好的稳定性，易集成化，大大提高系统的可靠性，但是由于数字集成电路逻辑速度的限制，数字锁相环未被广泛应用。软件锁相环的技术思想一般来源于硬件锁相环，是指用计算机语言程序代替传统硬件实现锁相功能，它可以很好的克服硬件锁相环的所有缺点，比如零点漂移、器件饱和等问题。在实际运行中，程序在硬件平台上的执行速度
38、必须足够快，软件锁相环才可以和硬件锁相环抗衡。以前，受到微机执行速度的限制，软件锁相环的工作频率很低，远远不能满足实际需要。随着计算机技术的不断发展，特别是高速数字信号处理器 (Digital Signal Processor,DSP)及 现场可 编程门阵列 (Field Programmable Gate Array, FPGA)的出现，使得软件锁相环获得了更多用户的青睐。和硬件锁相环相比，它具有很多优点：良好的工作性能、灵活的实现方式、成本低、体积小等等。如今，软件锁相环已成为电网同步领域的研究热点。从应用场合看，锁相环又分为单相锁相环和三相锁相环。三相锁相环技术是在图 1.1基本锁相环控
39、制思路基础上，对三相电网系统进行坐标变换，通过坐标变换将电网电压由三相 a-b-c静止坐标系变换到两相 d-q同步参考坐标系，坐标变换实际上充当了鉴相器(PD)的作用，利用坐标变换得到的相角差，借助基本锁相环的工作原理，就可实现电网电压相角的锁定，SRF-PLL是常见的三相锁相环。对于单相电网系统，同步坐标变换无法完成，也就无法完成鉴相功能，所以一般而言，鉴相器(PD)的设计是实现单相锁相的关键，应用中常见的设计思路是构造两相静止 - 坐标系中单相输入电压的正交分量，比如 T/4周期延迟、二阶广义积分器(SOGI)、全通滤波器等构建正交分量。通过 坐标变换将两相 - 静止坐标系变换到两相 d-
40、q同步坐标系，再借鉴三相锁相环的同步旋转坐标锁定原理实现锁相环控制。实际上，单相锁相环和三相锁相环的基本工作原理是相同的，均是利用同步坐标变换完成鉴相功能，然后借助锁相环的闭环控制来实现电网电压相位角的锁5重庆大学硕士学位论文定。本文主要从三相软件锁相环的角度对非理想电网工况下的同步信号检测方法进行了分析与改进。1.3.2基于锁相环工作的同步信号检测方法理想工况下，电网电压只含基波正序分量，可以直接进行同步坐标变换，借助 PLL就可实现电网同步信号的提取，这是常规的 SRF-PLL方案。在电网不对称、畸变等非理想工况下，电网电压中除了基波正序分量，还含有一定的基波负序分量和谐波分量，为准确提取
41、电网同步信号，需要采用一定的方法将基波正序电压分量从输入电压中准确分离提取出来，统称为 Prefilter-based methods37,38 ，这些方法大体上可以分为两种类型：一种为静止坐标系下分离提取基波正序分量，另一种为同步旋转坐标系下分离提取基波正序分量；利用分离提取得到的基波正序分量，借助 PLL实现电网同步信号的准确提取。单同步参考坐 标系锁相 环(SRF-PLL)图 1.2为 SRF-PLL的结构原理图。利用 Clarke和 Park变换，电网电压由三相 a-b-c静止坐标系转换到两相 d-q同步旋转坐标系，该旋转坐标系的相角位置受控于锁相环的输出相位角。锁相环闭环控制可以调节
42、 q轴电压分量为零，因此在稳态工况下，d轴电压分量可以描述电网电压矢量的幅值，而电压矢量的相位角则由锁相环输出决定。va v vd f 1/(2)vb 0T Tdqv vq 1vc + +- PI + 0q 0v图 1.2 SRF-PLL结构图Fig. 1.2 Schematic diagram of SRF-PLL在理想工况下，电网电压只含基波正序分量，SRF-PLL可以准确提取电网基波正序的电压幅值与相位角；电网含高次电压谐波时，适当降低锁相环系统的带宽可以获得较好的提取结果，但是当电网三相不对称时，由于基波负序分量的存在，简单的降低系统的带宽并不能获得令人满意的提取结果，一味的降低系统带
43、宽会影响锁相环控制系统的动态响应速。基于瞬时对 称分量法的 单同步参考坐标系锁相环针对电网不对称工况，文献18,19采用瞬时对称分量(instantaneous symmetricalcomponent, ISC)法，在三相静止 a-b-c坐标系中将基波正序 电压分量从输入电压中61 绪论提取出来，其结构如图 1.3所示。为完成对称分量计算，该方案采用全通滤波器(all-pass filter)来产生输入信号的 90正交分量。该方案可以抑制不对称电压中负序分量的影响，相对于常规 SRF-PLL有了针对性的改进，但是这种方法仍然存有一些缺点：当电网频率变化时，全通滤波器的参数无法根据频率的变化而
44、进行相应的调整，所以说对输入电压实施 90的偏移是比较困难的；另外瞬时对称分量计算会相应的增加系统的计算量，影响整个系统的响应速度。vabc0va vvv1aqva 1 vv1q 0+ + 1vv1b1cPI vb All-Pass qvb ISC T Tdq 1d1Filter qvcvc图 1.3基于对称分量法的单同步参考坐标系锁相环Fig. 1.3 Schematic diagram of ISC-based PLL延时信号对 消（DSC）法针对不对称电网工况，文献 20-22提出一种基于延时信号对消锁相环的(DSC-PLL)的同步信号提取方法，在两相 -静止坐标系中，利用瞬时对称分量计
45、算将基波正、负序分量分离开来，其结构如图 1.4所示。该方案通过延迟 T/4（T为电网工频周期）来产生输入信号的 90正交分量。当电网发生暂态故障时，由于固有延迟环节的存在，在 T/4时间段内，DSC 不能输出准确的结果，这也就限制了 DSC的应用范围。fT ( f )11/(2)01 vq + 0 v 1+ 1/2 Tdq PI+Tvabc v vdelayDelay T j T/41v-+ 1/2 图 1.4 DSC-PLL的结构框图Fig. 1.4 The schematic diagram of DSC-PLL7重庆大学硕士学位论文双二阶广义积 分器锁相 环(DSOGI-PLL) 法根
46、据内膜原理提出来的基于 SOGI的自适应滤波器可以用作正交信号发生器(quadrature signal generator, QSG)，SOGI-QSG不仅可以生成输入电压的正交分量，还可以滤除输入电压中的高次谐波。类似 DSC方案，DSOGI-PLL 将电网电压静止坐标系下的 、分量分别经过两个 SOGI-QSG单元，得到电网电压 、分量的基波及其正交分量，再将得到的两对相互正交分量通过瞬时对称分量运算得到电网电压基波正负序 、 分量，其结构如图 1.5所示。由图可看到，通过将锁相环提取频率 反馈到 SOGI-QSG单元，DSOGI-PLL方案可消除由电网频率变化所导致的锁相误差，这也是针
47、对全通滤波器对电网频率变化敏感的一个改进。01 vv1 vv1q + 0v PI + + - v SOGI -QSG Tdq1q v 1dvabc + + T vv SOGI -QSG q v图 1.5 DSOGI-PLL的结构框图Fig. 1.5 The schematic diagram of DSOGI-PLL解耦双同步参考坐标系 锁相环(DDSRF-PLL)法针对电网不对称工况，文献 25,26提出了一种解耦双同步参考坐标系锁相环(DDSRF-PLL)的方法，其结构如图 1.6所示。该方案将不 对称电网电压经过双 d-q变换，在正负序两个同步参考坐标系下通过正负序解耦网络 (decou
48、pling cell, DC)实现了 d-q 轴基波正负序分量的分离。该方法虽然可以有效地抑制负序分量对同步信号提取的影响，但结构比较复杂，计算量大，同时低通滤波器的使用会降低系统的动态响应速度。81 绪论0PI + 0 1vv1d LPF vd1vq11dqTTq1 DC(1,1) LPF vavb Tvc vv1d LPF LPF vd11dq q1 DC(1,1) vq1图 1.6 DDSRF-PLL的结构框图Fig. 1.6 The schematic diagram of DDSRF-PLL自适应陷波器 锁相环(ANF-PLL)通过将非线性结构 ANF和 PLL结合起来，文献28提出一种 d-q坐标系下分离基波正、负分量（表现为直流分量和负二倍工频交流分量）的同步方案，其结构如图 1.7所示。该方法在 SRF-PLL坐标变换后的 q轴分量中加入了一个 ANF 单元，利用其两个相互正交的输出量抵消 d-q轴分量中的 2倍工频交流分量，滤除不对称电压中负序分量对同步检测的影响，这是一种新的在两相 d-q坐标系中分离提取基波正序分量的方案。vdv 1d+_ vvaqvvANF 负序分量提取V11vb TdqT 单元vq _+0v
