非理想条件下电压同步锁相方法的研究

摘要

近年来，太阳能、风能等分布式能源发展十分迅速。逆变型分布式电源并网控制要求快速、准确地提取电网电压的同步信息。同步参考坐标系锁相环(SRF-PLL)是最常用的电网同步信息提取手段，但在电网电压存在不对称、谐波、直流偏置等情况下，提取的电网电压频率、相位和幅值存在较大误差。针对非理想条件下SRF-PLL所存在无法准确锁相的问题，本文研究基于自适应陷波器的新型锁相方法，提高锁相环同步信息提取的实时性和准确性。　　设计电网电压不对称时的锁相环。首先，在电网电压不对称时分析了SRF-PLL的锁相性能，利用对称分量法提取出电压正序分量用于锁相，消除电压不对称的影响；其次，介绍了正负序分离采用的正交信号发生器，对于采用此原理的两种锁相环的性能进行了分析；最后，通过仿真验证了理论分析的正确性。　　研究电网电压存在直流偏置时的锁相技术。首先，分析了直流偏置对SRF-PLL性能的影响；其次，对自适应陷波器(ANF)的结构进行改进，增加一个前向通道，分析发现：改进自适应陷波器的两个传递函数分别为带通特性和高通特性，可消除直流偏置的干扰，在基波频率下两个输出量仍然是一对正交量；进而，在自适应陷波器的基础之上设计改进Ⅰ型自适应陷波器锁相环。仿真分析表明，改进Ⅰ型ANF-PLL能够在电网电压存在直流偏置的情况下快速准确地提取电压同步信息。　　研究电网电压存在谐波等多种干扰情况下的锁相技术。首先，分析了电压存在谐波时SRF-PLL的性能；提出了基于改进Ⅰ型ANF的改进Ⅱ型ANF：在前向通道中增加低通滤波器(LPF)环节，消除谐波的影响。通过伯德图分析可知：在频率为50Hz时改进II型ANF两个输出量仍然为正交量，且得到的两个输出传递函数都具有带通特性，能够对谐波和直流偏置起到很好的抑制效果。然后，基于改进Ⅱ型ANF提出基于改进Ⅱ型自适应陷波器锁相环。最后，仿真结果表明，在直流偏置、电压不对称、谐波等非理想条件下，该锁相环能快速准确地提取电网电压频率、相位、幅值等信息。

目录

声明

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 同步信号提取时面临的问题

1.2.2 锁相环的发展及其应用现状

1.3 本文的主要研究内容

第 2 章 电网电压不对称情况下的锁相方法

2.1 基于同步参考坐标系锁相环

2.2 电网电压不对称情况下 SRF-PLL 性能分析

2.3 存在电压不对称情况下同步电压信号提取方法

2.3.1 基于双二阶广义积分器的锁相环

2.3.2 基于自适应陷波器锁相环

2.4 本章小结

第 3 章 电网电压存在直流偏置情况下的锁相方法

3.1 电网电压含直流偏置时 SRF-PLL 性能分析

3.2 电压存在直流偏置时基于 ANF 的同步电压信号提取方法

3.2.1 自适应陷波器改进结构分析

3.2.2 基于自适应陷波器改进 I 型锁相环

3.3 仿真分析

3.3.1 直流偏置工况下仿真分析

3.3.2 与现有方法的对比分析

3.4 本章小结

第 4 章 存在谐波等非理想情况下的电压锁相技术

4.1 电网电压存在谐波分量时 SRF-PLL 性能分析

4.2 存在谐波时同步电压信号的提取方法

4.2.1 针对特定谐波的消除模块

4.2.2 基于自适应陷波器改进 Ⅱ型锁相环

4.3 仿真分析

4.3.1存在谐波情况下仿真分析

4.3.2 直流偏置、电压不对称以及谐波同时存在时仿真分析

4.3.3 频率跳变情况下的仿真分析

4.4.4 单相短路接地情况下仿真分析

4.4 本章小结

结论与展望

结论

工作展望

参考文献

附录A（攻读硕士学位期间参与的科研项目）

致 谢