复杂电网环境下基于DDM-QT1-PLL的并网同步方法

发布时间：2022-02-09 03:05

　　随着分布式电源并网的增加,电网面临着电压扰动、直流偏置、电压不平衡及谐波畸变等诸多问题。在这样的复杂电网环境下,传统锁相环技术（PLL）难以快速、准确地检测到电网电压的频率和相位。为此,提出在准1型锁相环（QT1-PLL）的结构中额外增加联合延时信号消除（DSC）和滑动平均滤波器（MAF）的滤波环节,设计出一种满足复杂电网环境下并网需求的新型PLL（DDM-QT1-PLL）。DDM-QT1-PLL采用αβDSC2与dq DSC4级联MAF的环外滤波和环内滤波结构,消除电网电压直流偏置、不平衡及谐波分量的同时,可有效提高PLL系统的响应速度和稳定性。针对频率偏移时,αβDSC2引起的相位误差,设计一种前馈通道以补偿误差。仿真结果表明DDM-QT1-PLL具有快速的响应速度和良好的干扰抑制能力,并能够在非额定频率的直流偏置下,实现检测频率和相位的零稳态误差。 

【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(13)北大核心CSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

αβDSC2离散实现结构框图

庖?鸬母盒蚍至?和奇次谐波，使得同时面对电网电压不平衡、直流偏置和高度谐波畸变时可精确快速地检测电网电压的频率和相位。仿真结果表明DDM-QT1-PLL在复杂电网环境下具有快速的响应速度和良好的滤波性能。1准1型锁相环QT1-PLL通过将SRF-PLL控制回路中的比例积分控制器替换为单一的比例增益，以提高PLL系统的响应速度[22]。额定频率下QT1-PLL表现为1型控制系统，而非额定频率下整定为2型控制系统。QT1-PLL消除了相角跳变下检测频率与相位之间的耦合，使PLL具备了快速的响应速度。图1为传统的QT1-PLL结构，图中的前馈通道(蓝色线)是为了确保QT1-PLL能够在频率跳变下实现零稳态相位误差，MAF作为环内滤波环节，可以实现良好的滤波效果。尽管QT1-PLL结构简单、滤波能力出色，但由于MAF在第一陷波点处具有180o的相位延时，而延时引入控制回路后必然减缓QT1-PLL的响应速度。为了消除直流偏置、电压不平衡以及奇、偶次谐波，提高QT1-PLL的响应时间，本文主要采用一种环外-环内组合滤波环节来改进传统QT1-PLL的性能。图1准1型锁相环结构框图Fig.1BlockdiagramofQT1-PLL2基于静止和同步坐标系下的滤波环节三相PLL系统主要通过配置额外滤波器来增强其滤波能力。配置额外滤波器的方法主要分为两类：一类是在PLL的相控回路中引入额外滤波器，简称环内滤波，从坐标变换的角度也看作是同步(dq)坐标系下的滤波环节；另一类是在PLL输入前引入额外滤波器，也称为环外滤波，以坐标变换的角度可认为是静止(αβ)坐标系下的滤波环节。由于环外

为T/n之前αβ坐标系下的电网电压；n为延时因子；T为电网基频周期。式(1)在拉式域中的传递函数为2π1jDSC()(1ee)2Tsnnns(2)将sj代入式(1)中可得到αβDSCn的幅值和相位表达式为ππDSC(j)cos22nTTnn(3)由式(3)可知，不论n取何值，αβDSC都可以通过电网电压基频正序分量。由于消除谐波的阶数取决于n，可根据所要消除的谐波阶数来选择n值。为了消除PLL输入中的直流偏置和偶次谐波，选择n=2。绘制式αβDSC2的伯德图，如图2所示。图2αβDSC2的伯德图Fig.2BodeplotofαβDSC2由图2可知，αβDSC2可以无衰减零相移通过基频(50Hz)正序分量，并且在零频和偶次谐波频率处的幅值为零。这意味着αβDSC2可以精确无延时地提取电网电压的基频正序分量，完全消除直流偏置(αβ坐标系下直流偏置为0Hz)与偶次谐波分量。又因为αβDSC2的伯德图是对称的，所以由电压不平衡产生的负序(-50Hz)分量也能完全保留下来。实际控制系统需要αβDSC2在离散域中实现，图3为αβDSC2的离散域实现结构图，为了消除离散化误差，采用线性插值法对N取值。N2=round[(T/2)/Ts]=100，Ts为采样时间，Ts=0.0001s。图3αβDSC2离散实现结构框图Fig.3BlockdiagramofdiscretizationimplementationαβDSC22.2同步坐标系延时信号消除电压不平衡和部分奇次谐波由于αβDSC2无法消除电压不平衡产生的-50Hz频率分量，该分量经过Park变化后输入PLL的控制回路，-50Hz的频率分量表现为-100Hz的双频振荡，会造成PLL难以精确地检测到电网电压频率与相?

【参考文献】：
期刊论文
[1]光伏微电网孤岛运行模式下冲击负荷跟踪补偿控制[J]. 杨晓梅,刘欢,闻枫,赵国,鄢盛驰,蒋勇亮.  电力科学与技术学报. 2019(04)
[2]电网电压不平衡和谐波畸变下新型并网锁相环设计[J]. 王佳浩,潘欢,纳春宁.  电力系统保护与控制. 2019(15)
[3]弱电网条件下并网逆变器的锁相环静态稳定分析[J]. 欧阳逸风,邹宇.  电力系统保护与控制. 2018(18)
[4]不对称故障相位跳变和波形点对DFIG转子电压的影响[J]. 刘远帆,肖先勇,任杰,张逸,郑子萱.  电力科学与技术学报. 2018(02)
[5]针对电网不平衡与谐波的锁相环改进设计[J]. 郭磊,王丹,刁亮,姜岳,冯海江.  电工技术学报. 2018(06)
[6]电网电压不平衡及谐波状态下的并网逆变器控制策略[J]. 叶吉亮,李岚,刘海霞,王宇龙.  电力系统保护与控制. 2018(06)
[7]基于频率自适应改进型梳状滤波器的并网锁相环技术[J]. 罗韡,姜建国,周中正.  电力系统自动化. 2017(20)
[8]二阶广义积分器的三种改进结构及其锁相环应用对比分析[J]. 张纯江,赵晓君,郭忠南,于安博.  电工技术学报. 2017(22)
[9]基于级联延时信号消除-锁相环算法的配电网静止同步补偿器控制策略[J]. 姜子健,杨欢,沈建辉,曹海洋,徐兴华.  电网技术. 2015(07)
[10]弱电网条件下锁相环对LCL型并网逆变器稳定性的影响研究及锁相环参数设计[J]. 吴恒,阮新波,杨东升.  中国电机工程学报. 2014(30)



本文编号：3616257