改進的解耦雙同步坐標系鎖相環(huán)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：微網(wǎng)中的電壓可能會存在較大的諧波和不平衡，因此要求鎖相環(huán)(PLL)能夠迅速、準確地確定電網(wǎng)正序電壓的相位。提出的改進型解耦雙同步坐標系PLL通過在q軸加入6次諧波的陷波器，可抑制電網(wǎng)中的5次負序電壓和7次正序電壓對鎖相的影響。鎖相程序在相位變化較大時改變正弦表的指針，在相位或頻率變化較小時調(diào)節(jié)DSP周期寄存器。實驗證明了該鎖相方法的有效性。
關(guān)鍵詞：鎖相環(huán)；雙同步坐標系；解耦陷波器

1 引言
在微網(wǎng)中，由于電壓可能會存在較大的不平衡和低頻諧波電壓，因此對于并網(wǎng)逆變器而言，能夠準確地獲取電網(wǎng)的基波正序電壓就尤為重要。文獻對常規(guī)的d—q變換進行了分析。該變換在電網(wǎng)電壓完全對稱且沒有諧波的情況下能夠準確地獲取電網(wǎng)電壓的相位。當電壓存在不平衡或諧波時，鎖相得到的相位就會存在誤差和波動。降低系統(tǒng)帶寬可抑制高頻諧波，但減慢了PLL的響應(yīng)速度，反之亦然。
文獻提出在鎖相回路中加入巴特沃斯低通濾波器的方法，通過低通濾波器來抑制鎖相回路中的低頻諧波分量，其仿真和實驗證明該方法能顯著提高在電網(wǎng)不平衡和存在諧波時的鎖相精度。文獻先對各相電壓進行鎖相，然后再采用正負序分離的方法，獲得電網(wǎng)電壓中的正序分量，最后再采用常規(guī)的d—q鎖相。該鎖相方法能夠消除電網(wǎng)電壓不平衡造成的影響，并且對諧波電壓具有較好的抑制能力。文獻提出采用解耦雙同步坐標系的方法同時對電網(wǎng)中的正負序電壓進行提取，然后將正負序電壓進行解耦，可以很好地抑制電網(wǎng)中的負序電壓。
在上述基礎(chǔ)上，在此提出通過在正序q軸鎖相回路中加入300 Hz陷波器的方法抑制電網(wǎng)電壓中存在的5次負序電壓和7次正序電壓對鎖相的影響。鎖相程序針對較大的相位變化采取改變正弦表指針的方法，針對較小的相位或頻率變化采取調(diào)節(jié)DSP周期寄存器的方法。該實現(xiàn)方法能更好地兼顧鎖相的動態(tài)性和精確性。

2 改進的解耦雙同步坐標系PLL
2．1 解耦雙同步坐標系模型
電網(wǎng)電壓的表達式為：

式(4)反映了正負序電壓之間的耦合關(guān)系：負序d，q分量以一個2倍頻分量耦合到正序分量中；正序d，q分量也以一個2倍頻分量禍合到負序中。通過式(4)可解耦得到正負序電壓中的直流分量，從而抑制電網(wǎng)不平衡對鎖相造成的影響。改進的基于解耦雙同步坐標系PLL的框圖見圖1。