PDF《基于频率和初相角解耦检测的新型锁相环》

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3 基于频率和初相角解耦检测的新型锁相环 姜齐荣,王亮,张春朋,洪芦诚,魏应冬,谢小荣 ( 电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室,清华大学,北京市

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8 4 ) 摘要:提出了一种由锁频环( F L L) 和初相角锁相环( P L L) 构成的新型三相 P L L.F L L采用了一种 新型的微分算法来检测频率误差, 可避免由电压相角或幅值突变导致的频率检测误差.该新型 P L L采用频率自适应数字滤波器( F A D F) 滤除输入信号中的谐波和噪声, 提高了相角的检测精度. F A D F利用多重化延时信号消除算法消除频率较低的谐波, 然后通过巴特沃斯低通滤波器滤除高 次谐波和噪声, 可以在d q 域准确、 迅速地提取基波正序电压.同时, 初相角 P L L 拥有较高的特征 频率, 使得新型 P L L 可以在相角突变后迅速地实现同步.通过仿真和实验对新型 P L L 的性能进 行了验证, 且为了适用于计算能力较差的控制器, 给出了新型 P L L的简化方案. 关键词:锁相环;

电网同步;

锁频环;

延时信号消除;

数字滤波器 收稿日期:

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3 0;

修回日期:

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0 6. 国家科技支撑计划资助项目(2007BAA

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0 3 ) .

0 引言 对于并网型变换器而言, 与电网保持同步是非 常关键的, 如静止同步补偿器( S T AT C OM) [

1 - 2] 、 有源电力滤波器[ 3] 、微电网[ 4] 和高压直流输电(HV D C) [

5 -

6 ] 等.若不能准确地与电网同步, 会使得 上述变换器直流侧过压或输出过流, 进而导致装置 闭锁, 严重时甚至会损坏设备.同步技术的2个重 要指标是: 跟踪精度和响应速度.过零检测、 反三角 函数计算 和锁相环(PLL) 是广泛应用的同步策略[

7 -

1 3] .在电网三相对称且不含谐波时, 上述

3 种 算法都能很好地实现与电网的同步.但是电网公共 连接点( P C C) 的电压经常会遇到谐波、 暂降、 不对称 等问题.在一些独立的微型电网中甚至会发生较为 严重的频率偏移[ 9] .因此, 非理想工况下的同步效 果是评价上述策略的重要因素. P L L是一个闭环控制系统, 它可以保持其输出 与输入在频率和相角上的同步.文献[

1 0] 对PLL的基本理论、 模型和应用进行了详细的总结.三相 P L L更适合于并网型逆变器.文献[

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1 2] 对三相 P L L的特点和参数优化策略进行了深入研究.对 于传统的 P L L而言, 必须要在响应速度和输出精度 之间进行折中处理[

1 1,

1 3] .准确、 快速地提取输入信 号中的基波正序分量是提高 P L L 响应速度和输出 精度的重要方法. 本文首先简单分析了传统三相 P L L( 以下简称 传统 P L L) 的模型和特性, 提出了新型 P L L.该新 型PLL分别利用锁频环( F L L) 和初相角 P L L 检测 输入电压的频率和初相角, 最终再合成输入电压的 相位.采用的频率自适应数字滤波器( F A D F) 具有 很好的滤波效果和响应速度, 而且相角跳变不会对 F L L产生不良影响;

初相角 P L L 具有很高的特征 频率, 可以迅速地锁定变化后的相位.F A D F 采用 了多重化延时信号消除( D S C) 算法, 同时结合 F L L 实现了频率自适应滤波.此外, F L L 采用了一种独 特的微分算法来计算电网实际频率与检测频率间的 误差, 该算法的特点是可以避免相角跳变、 电压突变 等导致的频率检测误差.最后, 对新型 P L L进行了 仿真和实验验证, 在保持性能基本不变的前提下, 给 出了该新型 P L L的简化方法.