时间：2022-07-05 10:41:35
摘 要：三相并网系统中，锁相环能检测出三相电网电压的相位和频率信息，它对整个逆变系统的安全稳定运行有重要作用。三相电网发生波动时，同步旋转锁相环易受二倍频分量的影响导致锁相不准确。文章采用SOGI-FLL+NF复合锁相结构，消除三相电网电压波动对锁相效果的影响，通过Matlab/Simulink仿真证明复合结构锁相环的可行性和准确性。
关键词：锁相环；二阶广义积分器；陷波器
引言
τ诜植际椒⒌缦低扯言，为了保证并网逆变器能够向电网输送高质量的电能，这就要求并网电流必须与电压同步。谐波会使电网电压波动，所以需要锁相环实时准确的获取电网电压的幅值和相位信息，获取信息准确与否直接决定了设备安全稳定运行。
在三相并网逆变器系统中常采用同步旋转坐标系锁相环（SRF-PLL），当三相电压平衡时，有较好的锁相效果，但是当电网电压不平衡时，SRF-PLL容易受二倍频分量影响使精度下降。二阶广义积分（SOGI）型锁相技术能够抑制谐波分量，但是在精度上有待提高。陷波器可以看作是一个带宽很小的带阻滤波器，把某一频率的信号滤除。为了消除谐波对PLL的影响，本文采用SOGI-FLL+NF复合结构仿真分析锁相效果。
1 三相电网电压不平衡时SRF-PLL性能分析
SRF-PLL将输入abc坐标系下的三相电网电压经过Clark和park变换，得到dq系下的电压，调节q轴分量为0，使dq坐标系的旋转角θ与电网电压矢量的相位角相同，来实现锁相[1]。
当电网电压不平衡并采用三相三线的方式接入电网的时候，只考虑正序分量和负序分量。此时电网电压可以表示为：
式中：Vgp、Vgn是电网电压的正序与负序分量的幅值，Φp、Φn正序和负序分量的初始相位，ω代表电网电压角频率。
对式（1）进行Clark变换，再进行Park变换，电网电压矢量在两相旋转坐标系下的表达式为：
可以看出，电网电压不平衡时，dq轴下电网电压正序分量变成了直流量，基波负序分量变成了二倍频交流量。
2 基于静止坐标系下正负序解耦的锁相环
2.1 二阶广义积分器结构分析
SOGI如由积分器、加法器、乘法器和放大器组成。SOGI可以对正负序分量进行分解，从而消除其他频率的干扰[2]。
SOGI的传递函数：
其中，v为输入电压；qv'为v'进行90°相位频移后的电压；ω为无阻尼自然频率；k为阻尼比。
从传递函数可以看出输出信号v'与qv'的幅值与输入信号v一致，并且v'与qv'相位上相差90°，可以构建两相正交坐标系。
2.2 陷波器（NF）结构分析
NF可以滤除信号中某一特定频率的信号，并且滤波后的信号无相位无延迟[3]。其传递函数为：
其中：ω'为需要滤除的频率，k'为控制参数，决定了NF的带宽。
2.3 复合结构锁相环设计
本文所用复合结构是SOGI-FLL和NF构成的，SOGI-FLL是频率自适应的SOGI锁相环，其结构图如图1所示。
从输入信号v到误差信号ev的传递函数为：
其结构与SOGI类似，不同的是FLL结构，通过-γ调节实际频率与ω之间的偏差，直至偏差为0，自动适应输入信号的频率[4]。
复合锁相环如图2，本文采用SOGI-FLL模块估测输入信号基波分量，输出频率及相角估测值，n个NF结构得到谐波分量，将谐波分量反馈回输入信号[5]。数量取决于输入信号的谐波特特征。SOGI-FLL与NF模块并行工作，NF模块提取输入输出信号中的谐波分量，反馈到加法器，使得输入SOGI-FLL的信号只含基波分量，从而消除谐波引起的稳态误差[6]。
3 仿真与结果分析
为了验证理论分析，使用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型。
图3为本文所采用的SOGI-FLL+NF复合锁相环结构的仿真波形图。图3（a）为三相电压波形图，在0.05s时，A相电压发生波动。图3（b）为dq轴估测波形图，d轴电压能很好地跟踪A相电压的变化，q轴电压波动较小，并且q轴电压基本能维持在0处。图3（c）可以看出频率与A相电压的波动正相关，并且基本维持的50HZ处。图3（d）相角估测波形较为准确。
4 结束语
本文分析了同步旋转锁相环易受二倍频分量的影响的原因，在此基础上使用了SOGI-FLL+NF结构复合锁相环来完成对三相电网电压的精准锁相。在Matlab/Simulink平台搭建仿真模型，仿真结果表明复合结构锁相环在电网电压波动时，能够取得较好的锁相效果。
参考文献
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[2]陆原，汪周玮，郭素兵.具有抗谐波干扰的三相数字锁相环设计与仿真[J].电气传动，2015（07）：17-20+37.
[3]闫朝阳，贺红艳，李建霞，等.电网电压不平衡时基于二阶广义积分器SOGI的2倍频电网同步锁相方法[J].电源学报，2014（06）：93-100.
[4]马成斌，杨滔，李春.基于二阶广义积分器的正负序锁相环谐波消除方法[J].上海电气技术，2014（02）：12-17.
[5]党存禄，赵晓刚.电网电压不平衡且严重畸变时的软件锁相技术[J].自动化与仪器仪表，2014（01）：151-154.
[6]王鹿军，张冲，吕征宇.电网谐波背景下单相并网逆变器的锁相方法[J].电力系统自动化，2013（14）：107-112.
作者简介：赵婧（1990-），女，汉族，甘肃省兰州市，硕士研究生，宁夏大学，从事电工电子新技术及并网逆变器方面的研究。