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基于柔性鎖相環(huán)路的動態(tài)電壓恢復器控制方案的研究

作者: 時間:2011-02-22 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:動態(tài)電壓恢復器(DVR)是一種新型電能質量調節(jié)裝置,它能有效抑制電網(wǎng)電壓波動對敏感負載的影響。介紹了應用于DVR的一種新型的鎖相技術—柔性鎖相環(huán)路〔soft phase locked loop(SPLL)〕和以此為基礎的控制方案。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/162408.htm

關鍵詞:動態(tài)電壓恢復器;鎖相技術;電壓跌落

1 概述

動態(tài)電壓恢復器(dynamic voltage restorers簡稱DVR)是一種保證電網(wǎng)供電質量的新型電力電子設備,主要用于補償供電電網(wǎng)產生的電壓跌落,閃變和諧波等。它的基本結構和在電網(wǎng)中的接入方式如圖1所示。DVR本身相當于一個受控電壓源[1],它可在電源和敏感負載之間插入一個任意幅值和相位的電壓。當電源電壓畸變時,通過改變DVR的電壓,達到穩(wěn)定敏感負載電壓的目的。

圖1 動態(tài)電壓恢復器的結構和連接圖

DVR的主要補償對象是電網(wǎng)電壓的跌落,閃變和諧波,因此,要求其控制系統(tǒng)應具有足夠的響應速度,同時,對畸變的輸入電壓應具有很強的抑制作用。本文提出的基于瞬時無功理論[3]的柔性鎖相環(huán)路(SPLL)[4]和以此為基礎的控制方案能夠很好地達到這一要求。

2 柔性鎖相環(huán)路

為實現(xiàn)以DVR補償電源側畸變電壓的目的,則獲得電源側電壓的相位是首要的任務。獲得相位信息的方法有過零比較,最小二乘法,小波分析等多種方法。過零比較結構簡單,實現(xiàn)較為容易,但動態(tài)響應速度慢,對畸變電壓的抑制較差;最小二乘法動態(tài)響應速度快,能準確地鎖定正序電壓的相位,但輸入電壓存在諧波時性能較差;小波分析性能較好,但結構復雜,實現(xiàn)起來較為困難。

本文介紹的SPLL結構比較簡單,動態(tài)響應速度快,對畸變輸入電壓有很強的抑制作用。

SPLL的基本結構如圖2所示。把三相輸入電壓采樣后做32變換,即把電壓轉換到αβ坐標系中。再經(jīng)pq變換得到uq,變換所使用的角度是鎖相的輸出θuq的值代表輸入電壓a相相位和鎖相輸出相位θ的差,然后利用一個PI環(huán)節(jié)將該差調整到零,從而達到相位捕獲的目的。下面對原理做詳細闡述。

圖2 SPLL的控制流程圖

如果輸入三相電源電壓中僅含三相基波正序,則設輸入三相電壓為

ua=Usin(ω1tφ)

ub=Usin(ω1tφ)(1)

uc=Usin(ω1tφ)

式中:ω1為角頻率;

φ為相位。

經(jīng)過C32變換由三相變至兩相,有

==(2)

如果,此時鎖相環(huán)輸出的角頻率為ω,相位為0,則利用鎖相環(huán)輸出的角度進行pq變換,有

==(3)

頻率沒有鎖定時,uq是一個交流分量,在頻率鎖定,相位沒有鎖定時,它是一個直流分量,其大小代表鎖相輸入與輸出之間的相位差信息。在頻率,相位完全捕獲的情況下,有ω1=ωφ=0,此時uq=0,它是恒定的直流分量,而且它并不隨電源電壓幅值的變化而變化??梢钥闯?,只有頻率和相位完全捕獲的情況下才有uq=0,所以通過把uq調節(jié)為0,就可以達到鎖相的目的,該結構利用PI環(huán)節(jié)達到這一目的。同時,因在數(shù)字系統(tǒng)中正弦和余弦的值靠查表得到,所以θ的值不能太大,故每隔一個工頻周期復位一次。


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