稳态锁相误差对SAPF谐波抑制的影响
发布时间：2022-01-25 11:38
并联型有源电力滤波器（SAPF）的控制系统需要利用锁相环（PLL）获得实时的电网电压相位。当电网电压不平衡或者存在谐波干扰时,PLL的锁相结果会存在稳态误差。此处针对直流和交流两种稳态锁相误差,分析了其对SAPF谐波抑制的影响。理论分析表明,稳态锁相误差对SAPF谐波抑制的影响可以忽略不计。最后通过样机实验对理论分析的结果进行了验证。
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１三相ＳＡＰＦ系统结构图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ＳＡＰＦ??由于ＳＡＰＦ在运行时存在有功损耗，因此需??
ａ相跌落为额定??电压的９３％）和存在５次负序谐波干扰时（假设??其幅值为基波幅值的４％），稳态锁相误差波形和??频谱的仿真结果如图３所示。??值为１．３７°、频率为的交流稳态锁相误差；电??网电压存在５次谐波干扰时，ＰＬＬ存在幅值为??２．２５°、频率为的交流稳态锁相误差。??３稳态锁相误差对ＳＡＰＦ谐波抑制的影响??３．１稳态锁相误差对谐波电流指令提取的影响??此处所研宄的ＳＡＰＦ采用基于ＲＤＦＴ的电流??指令提取环节。ＲＤＦＴ算法提取第Ａ次负载谐波电??流的控制框图如图４所示。??图４谐波电流的控制框图??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈａｒｍｏｎｉｃ?ｃｕｒｒｅｎｔ??图４中，Ａ与Ｓｋ分别为第Ａ次谐波电流的余??弦和正弦分量的幅值。Ｔ为采样周期，ｗ为ＲＤＦＴ??基波角频率，／Ｖ为每个ＲＤＦＴ基波周期２ｔｔ／ｃｕ内的??采样点数。ＲＤＦＴ在新的采样周期ｔ内，利用前一个??ｔ计算的４ｔ（ｎ－ｌ）和艮（ｎ－１），仅需进行两次乘法??运算，计算量大大减少。由Ａ与昃计算第ｉｔ次负??载谐波电流分量为：??ｉｕ，（ｎＴ）＝Ａｉ，（ｎ）ｃｏｓ（ｋａ）ｎＴ）＋Ｂｉ，（ｎ）ｓｍ（ｋ（〇ｎｒ）?（１）??此处不考虑电网频率的波动，电网电压基波??频率＿／；恒定为５０?Ｈｚ。ＲＤＦＴ算法没有利用ＰＬＬ相??位信息，而是通过设置采样频率ｌ／Ｔ＝９．６ｋＨｚ，７Ｖ＝??１９２，来保证?＝２ｔｔ／（ＡＶ）＝叫。??由于ＲＤＦＴ算法没有利用锁相结果，当ＰＬＬ??存在稳态锁相误差时，也不会对静止坐标系下谐??波电流指令ｆ的提取产生影响。??３．２稳态锁相误差对电流控制内环的影响??电流内
１?１．０１?１．０２??ｔ／ｓ??（ａ）电压不平衡时锁相误差??１．０１?１．０２??ｔ／ｓ??（ｂ）谐波干扰时锁相误差??４?６??谐波次数??（ｃ）电压不平衡时频谱图??２?４?６?８?１０??谐波次数??（ｄ）谐波干扰时频谱图??图３锁相误差波形和频谱图??Ｆｉｇ．?３?Ｅｒｒｏｒ?ｆｏｒ?ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋ?ｗａｖｅｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ??由图３可知，电网电压不平衡时，ＰＬＬ存在幅??要通过控制ＳＡＰＦ从电网中吸收有功功率来维持??直流侧电容电压％的稳定。电压外环采用ＰＩ控??制器对匕进行控制，最后经过空间矢量脉宽调??制（ＳＶＰＷＭ）产生ＳＡＰＦ桥臂开关管的控制信号，??实现有源电力滤波器的谐波抑制功能。??２．２?ＳＲＦ－ＰＬＬ和稳态误差??ＳＲＦ－ＰＬＬ控制框图如图２所示，将公共耦合??点（ＰＣＣ）三相电压ｗ变换到ＳＲＦ后，得到ｄ轴分??量％，和ｇ轴分量％。通过ＰＩ控制器调节ＳＲＦ的??旋转速度叫，使得％，＝叫；＝〇。ＰＣＣ电压合成矢量??始终与ｄ轴重合，叫等于电压基波角频率叫，从??而实现了对电网电压的锁相。??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＲＦ－ＰＬＬ??对于平衡无畸变的电压，ＳＲＦ－ＰＬＬ可以进行??精确快速地锁相。当电压不平衡时中含有频??率为２＾的交流分量；当电压存在秘±１次特征谐??波时，ｈ中含有频率为的交流分量。ＰＩ控制??器只能对直流信号无静差跟踪，当电压不平衡或??者存在谐波时，０，会存在稳态误差。稳态误差的频??率与％中交流分量的频率相同。??通过改进ＰＬＬ，增加提取电网电压的正序分??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种适用于电网电压频率变化的DSC-PLL[J]. 周小杰,李敬兆. 电力电子技术. 2018(03)
[2]非理想电网电压情况下并网变换器高阶解耦复数滤波并网同步技术[J]. 王德玉,刘文钊,郭小强,卢志刚,王宝诚,孙孝峰. 中国电机工程学报. 2015(10)
[3]采用PI+重复控制的并网逆变器控制耦合机理及其抑制策略[J]. 张兴,汪杨俊,余畅舟,乔彩霞,周岩峰,倪华. 中国电机工程学报. 2014(30)
[4]基于无差拍控制的有源电力滤波器研究[J]. 王志良,王永,訾振宁,黄杰. 电力电子技术. 2012(11)
[5]RDFT算法在有源电力滤波器中的应用[J]. 刘聪,戴珂,张树全,康勇. 电力自动化设备. 2011(07)
本文编号：3608467
【文章来源】：电力电子技术. 2020,54(08)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１三相ＳＡＰＦ系统结构图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ?ＳＡＰＦ??由于ＳＡＰＦ在运行时存在有功损耗，因此需??
ａ相跌落为额定??电压的９３％）和存在５次负序谐波干扰时（假设??其幅值为基波幅值的４％），稳态锁相误差波形和??频谱的仿真结果如图３所示。??值为１．３７°、频率为的交流稳态锁相误差；电??网电压存在５次谐波干扰时，ＰＬＬ存在幅值为??２．２５°、频率为的交流稳态锁相误差。??３稳态锁相误差对ＳＡＰＦ谐波抑制的影响??３．１稳态锁相误差对谐波电流指令提取的影响??此处所研宄的ＳＡＰＦ采用基于ＲＤＦＴ的电流??指令提取环节。ＲＤＦＴ算法提取第Ａ次负载谐波电??流的控制框图如图４所示。??图４谐波电流的控制框图??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｈａｒｍｏｎｉｃ?ｃｕｒｒｅｎｔ??图４中，Ａ与Ｓｋ分别为第Ａ次谐波电流的余??弦和正弦分量的幅值。Ｔ为采样周期，ｗ为ＲＤＦＴ??基波角频率，／Ｖ为每个ＲＤＦＴ基波周期２ｔｔ／ｃｕ内的??采样点数。ＲＤＦＴ在新的采样周期ｔ内，利用前一个??ｔ计算的４ｔ（ｎ－ｌ）和艮（ｎ－１），仅需进行两次乘法??运算，计算量大大减少。由Ａ与昃计算第ｉｔ次负??载谐波电流分量为：??ｉｕ，（ｎＴ）＝Ａｉ，（ｎ）ｃｏｓ（ｋａ）ｎＴ）＋Ｂｉ，（ｎ）ｓｍ（ｋ（〇ｎｒ）?（１）??此处不考虑电网频率的波动，电网电压基波??频率＿／；恒定为５０?Ｈｚ。ＲＤＦＴ算法没有利用ＰＬＬ相??位信息，而是通过设置采样频率ｌ／Ｔ＝９．６ｋＨｚ，７Ｖ＝??１９２，来保证?＝２ｔｔ／（ＡＶ）＝叫。??由于ＲＤＦＴ算法没有利用锁相结果，当ＰＬＬ??存在稳态锁相误差时，也不会对静止坐标系下谐??波电流指令ｆ的提取产生影响。??３．２稳态锁相误差对电流控制内环的影响??电流内
１?１．０１?１．０２??ｔ／ｓ??（ａ）电压不平衡时锁相误差??１．０１?１．０２??ｔ／ｓ??（ｂ）谐波干扰时锁相误差??４?６??谐波次数??（ｃ）电压不平衡时频谱图??２?４?６?８?１０??谐波次数??（ｄ）谐波干扰时频谱图??图３锁相误差波形和频谱图??Ｆｉｇ．?３?Ｅｒｒｏｒ?ｆｏｒ?ｐｈａｓｅ－ｌｏｃｋ?ｗａｖｅｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ??由图３可知，电网电压不平衡时，ＰＬＬ存在幅??要通过控制ＳＡＰＦ从电网中吸收有功功率来维持??直流侧电容电压％的稳定。电压外环采用ＰＩ控??制器对匕进行控制，最后经过空间矢量脉宽调??制（ＳＶＰＷＭ）产生ＳＡＰＦ桥臂开关管的控制信号，??实现有源电力滤波器的谐波抑制功能。??２．２?ＳＲＦ－ＰＬＬ和稳态误差??ＳＲＦ－ＰＬＬ控制框图如图２所示，将公共耦合??点（ＰＣＣ）三相电压ｗ变换到ＳＲＦ后，得到ｄ轴分??量％，和ｇ轴分量％。通过ＰＩ控制器调节ＳＲＦ的??旋转速度叫，使得％，＝叫；＝〇。ＰＣＣ电压合成矢量??始终与ｄ轴重合，叫等于电压基波角频率叫，从??而实现了对电网电压的锁相。??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｎｔｒｏｌ?ｂｌｏｃｋ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＲＦ－ＰＬＬ??对于平衡无畸变的电压，ＳＲＦ－ＰＬＬ可以进行??精确快速地锁相。当电压不平衡时中含有频??率为２＾的交流分量；当电压存在秘±１次特征谐??波时，ｈ中含有频率为的交流分量。ＰＩ控制??器只能对直流信号无静差跟踪，当电压不平衡或??者存在谐波时，０，会存在稳态误差。稳态误差的频??率与％中交流分量的频率相同。??通过改进ＰＬＬ，增加提取电网电压的正序分??
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种适用于电网电压频率变化的DSC-PLL[J]. 周小杰,李敬兆. 电力电子技术. 2018(03)
[2]非理想电网电压情况下并网变换器高阶解耦复数滤波并网同步技术[J]. 王德玉,刘文钊,郭小强,卢志刚,王宝诚,孙孝峰. 中国电机工程学报. 2015(10)
[3]采用PI+重复控制的并网逆变器控制耦合机理及其抑制策略[J]. 张兴,汪杨俊,余畅舟,乔彩霞,周岩峰,倪华. 中国电机工程学报. 2014(30)
[4]基于无差拍控制的有源电力滤波器研究[J]. 王志良,王永,訾振宁,黄杰. 电力电子技术. 2012(11)
[5]RDFT算法在有源电力滤波器中的应用[J]. 刘聪,戴珂,张树全,康勇. 电力自动化设备. 2011(07)
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