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基于柔性锁相环路的动态电压恢复器控制方案的研究

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:动态电压恢复器(DVR)是一种新型电能质量调节装置,它能有效抑制电网电压波动对敏感负载的影响。介绍了应用于DVR的一种新型的锁相技术—柔性锁相环路〔soft phase locked loop(SPLL)〕和以此为基础的控制方案。

    关键词:动态电压恢复器;锁相技术;电压跌落

1 概述

动态电压恢复器(dynamic voltage restorers简称DVR)是一种保证电网供电质量的新型电力电子设备,主要用于补偿供电电网产生的电压跌落,闪变和谐波等。它的基本结构和在电网中的接入方式如图1所示。DVR本身相当于一个受控电压源[1],它可在电源和敏感负载之间插入一个任意幅值和相位的电压。当电源电压畸变时,通过改变DVR的电压,达到稳定敏感负载电压的目的。
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    DVR的主要补偿对象是电网电压的跌落,闪变和谐波,因此,要求其控制系统应具有足够的响应速度,同时,对畸变的输入电压应具有很强的抑制作用。本文提出的基于瞬时无功理论[3]的柔性锁相环路(SPLL)[4]和以此为基础的控制方案能够很好地达到这一要求。
基于柔性锁相环路的动态电压恢复器控制方案的研究
2 柔性锁相环路

为实现以DVR补偿电源侧畸变电压的目的,则获得电源侧电压的相位是首要的任务。获得相位信息的方法有过零比较,最小二乘法,小波分析等多种方法。过零比较结构简单,实现较为容易,但动态响应速度慢,对畸变电压的抑制较差;最小二乘法动态响应速度快,能准确地锁定正序电压的相位,但输入电压存在谐波时性能较差;小波分析性能较好,但结构复杂,实现起来较为困难。
基于柔性锁相环路的动态电压恢复器控制方案的研究
    本文介绍的SPLL结构比较简单,动态响应速度快,对畸变输入电压有很强的抑制作用。

SPLL的基本结构如图2所示。把三相输入电压采样后做32变换,即把电压转换到αβ坐标系中。再经pq变换得到uq,变换所使用的角度是锁相的输出θ*,uq的值代表输入电压a相相位和锁相输出相位θ*的差,然后利用一个PI环节将该差调整到零,从而达到相位捕获的目的。下面对原理做详细阐述。

如果输入三相电源电压中仅含三相基波正序,则设输入三相电压为

式中:ω1为角频率;

φ为相位。

经过C32变换由三相变至两相,有

基于柔性锁相环路的动态电压恢复器控制方案的研究

如果,此时锁相环输出的角频率为ω,相位为0,则利用锁相环输出的角度进行pq变换,有

基于柔性锁相环路的动态电压恢复器控制方案的研究

基于柔性锁相环路的动态电压恢复器控制方案的研究

频率没有锁定时,uq是一个交流分量,在频率锁定,相位没有锁定时,它是一个直流分量,其大小代表锁相输入与输出之间的相位差信息。在频率,相位完全捕获的情况下,有ω1=ω,φ=0,此时uq=0,它是恒定的直流分量,而且它并不随电源电压幅值的变化而变化。可以看出,只有频率和相位完全捕获的情况下才有uq=0,所以通过把uq调节为0,就可以达到锁相的目的,该结构利用PI环节达到这一目的。同时,因在数字系统中正弦和余弦的值靠查表得到,所以θ*的值不能太大,故每隔一个工频周期复位一次。

假设三相输入电源电压畸变即电压中

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