基于混合滤波方法的三相并网锁相环研究

摘要

电网同步锁相技术是分布式发电系统、新能源并网等应用领域的关键技术之一。同时也被广泛应用于微网孤岛检测、电能质量控制等技术中。它对并网型电力电子装置的性能起到了重要的影响。随着非线性负载、分布式发电系统的广泛使用，电网电压会出现多种非理想的情况，会降低电网同步锁相技术的相位、频率检测精度。为了提高非理想电网电压下并网锁相环(Phase locked loop，PLL)的检测精度，改善其动态响应性能，本文提出了多种新的基于混合滤波方法的三相并网锁相环。主要工作归纳如下: 首先，对传统的SRF-PLL结构的锁相环进行分析，并在对多种已有基于SRF-PLL结构的锁相环分析的基础上，建立通用的三相并网锁相环的数学模型，为进一步进行对提出的锁相环的设计和分析提供数学工具;对非理想电网电压的成分进行数学分析，得到非理想电网电压的主要向量成分，为进一步设计锁相环的滤波环节提供依据。 然后，提出一种基于复变陷波器的三相并网锁相环。对现有的几种PLL的滤波环节采用复变域的分析方法进行分析。提出并设计复变陷波器，并将其与滑动平均值滤波器(Moving average filter,MAF)串联结合成混合的滤波环节。将所提出的混合滤波环节结合到QT1-PLL的PLL结构当中，构成新的锁相环。参考传统的PLL数学模型，建立所提出的PLL的数学模型，利用该模型对该锁相环的参数进行设计、系统稳定性分析。通过仿真验证所建立模型的精度，通过实验验证所提出的锁相环的有效性。 其次，提出基于自适应陷波器的三相并网锁相环。设计了一种针对电网负序分量的自适应陷波器，并将其与MAF组成混合滤波环节。对所提出的混合滤波环节进行参数设计和针对直流偏移的针对性设计。将所提出的混合滤波环节结合到QT1-PLL的结构中，构成新的三相并网PLL，并对其参数进行设计和稳定性分析。通过仿真和实验验证所提出PLL的数学模型精度和所提出PLL的有效性。 提出一种基于改进DSC方法的三相并网锁相环。首先，对传统的基于DSC的滤波方法进行了研究。在此基础上，提出了改进的DSC滤波方法，并将其与MAF结合构成混合滤波环节。将所提出的混合滤波环节结合到QT1-PLL的结构中，并对系统进行数学建模、参数设计及稳定性分析。通过仿真验证所建立数学模型的精度，通过实验验证所提出的并网锁相环的有效性。 最后，提出一种具有直流偏移消除功能的并网锁相环。对现有PLL中使用的直流偏移方法进行研究。基于之前所提出的改进DSC，提出一种基于改进DSC的消除直流偏移的滤波器，并将其与传统的SRF-PLL相结合，组成具有直流偏移消除功能的并网锁相环。进而，对所提出的PLL进行参数设计和系统稳定性分析。通过仿真验证所提出的PLL能够有效的消除直流偏移对PLL性能造成的影响。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究背景及意义

1．1．1非理想电网电压的产生

1．1．2电网同步锁相技术研究现状

1．2三相并网锁相环的研究现状

1．2．1三相并网锁相环滤波方法研究现状

1．2．2三相并网锁相环拓扑结构研究现状

1．3本文主要研究内容

第2章非理想电网电压分析及三相并网锁相环数学模型

2．1基于SRF-PLL结构的并网锁相环数学模型

2．2非理想电网电压分析

2．3本章小结

第3章基于复变陷波器的三相并网锁相环

3．1现有PLL滤波环节的复变域分析

3．2基于复变陷波器的混合滤波环节设计

3．3基于复变陷波器的三相并网锁相环参数设计

3．4仿真及实验结果分析

3．4．1模型精度验证仿真

3．4．2非理想电网电压锁相实验及结果分析

3．5本章小结

第4章基于自适应陷波器的三相并网锁相环

4．1基于自适应陷波器的串联混合滤波环节

4．1．1自适应陷波器设计

4．1．2串联混合滤波环节及直流偏移消除针对性设计

4．2基于自适应陷波器的三相并网锁相环参数设计

4．3仿真及实验结果分析

4．3．1模型精度验证仿真

4．3．2非理想电网电压锁相实验及结果分析

4．4本章小节

第5章基于改进DSC方法的三相并网锁相环

5．1基于DSC的滤波方法

5．2基于改进DSC的混合滤波器设计

5．2．1改进DSC滤波单元

5．2．2基于改进DSC和MAF的串联混合滤波器

5．3．1基于改进DSC的锁相环参数设计

5．3．2系统特性分析

5．4仿真及实验结果分析

5．4．1模型精度验证仿真

5．4．2非理想电网电压锁相实验及结果分析

5．5本章小结

第6章一种消除直流偏移的并网锁相环

6．1现有PLL的直流偏移消除方法

6．1．1基于陷波器的直流偏移消除方法分析

6．1．2基于CNF的直流偏移消除方法分析

6．1．3基于dqDSC的直流偏移消除方法分析

6．2基于MDSC直流偏移消除方法的并网锁相环

6．3仿真结果及分析

6．3．1相位跳变仿真

6．3．2频率跳变仿真

6．4本章小结

第7章结论及展望

7．1课题研究的主要结论

7．2工作展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果