基于正弦幅值积分器的单同步坐标系同步信号提取策略

作     者：刘延东 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜雄

授予年度：2014年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：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 

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(-2ω0)的交流分量，交流分量会影响SRF-PLL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-2ω0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;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(-ω0)交流分量。类似于不对称工况，将提取频率为-ω0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。