新能源發(fā)電技術(shù) 課件 第二章-網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)

第二章網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容：網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型網(wǎng)側(cè)變流器控制策略鎖相同步方式高精度電流跟蹤控制方法

第二章網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下

網(wǎng)側(cè)變流器主電路以及電壓、電流正方向如圖所示：

圖中，Lgabc為每相進(jìn)線電感，Rgabc為每相進(jìn)線電阻，C為直流母線電容。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下

假設(shè)主電路的功率器件為理想開關(guān)，則其數(shù)學(xué)模型為：

式中Sga、Sgb、Sgc為三相變流器各相橋臂的開關(guān)函數(shù)，且定義上橋臂元件導(dǎo)通時(shí)為1，下橋臂元件導(dǎo)通時(shí)為0。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下

當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器采用三相無中線的接線方式時(shí)，可得：

將上式代入變流器數(shù)學(xué)模型可得：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下

網(wǎng)側(cè)變流器三相交流側(cè)輸出的線電壓與各相橋臂開關(guān)狀態(tài)Sga、Sgb、Sgc間關(guān)系為：

轉(zhuǎn)化為相電壓的關(guān)系則為：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型三相靜止坐標(biāo)系下

將開關(guān)函數(shù)與相電壓的關(guān)系式代入變流器數(shù)學(xué)模型，可得：

由于該式的推導(dǎo)過程對(duì)網(wǎng)側(cè)變流器的運(yùn)行條件未做任何假定，故在電網(wǎng)電壓波動(dòng)、三相不平衡等情況下均能有效適用。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系

由三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止αβ坐標(biāo)系的變換簡(jiǎn)稱為3s/2s變換，其變換矩陣和矢量關(guān)系如下：

從兩相靜止αβ坐標(biāo)系到兩相同步速ω1旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換簡(jiǎn)稱為2s/2r變換，其變換矩陣和矢量關(guān)系如下：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下

若三相進(jìn)線電抗器的電感、電阻相等，即Lga=Lgb=Lgc=Lg，Rga=Rgb=Rgc=Rg，dq坐標(biāo)系下變流器數(shù)學(xué)模型為：ugd、ugq:電網(wǎng)電壓的d軸、q軸分量igd、igq:變流器輸入電流的d軸、q軸分量vgd、vgq

:變流器中三相交流側(cè)電壓的d軸、q軸分量Sd、Sq:開關(guān)函數(shù)的d軸、q軸分量網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.1網(wǎng)側(cè)變流器數(shù)學(xué)模型兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下

令Ug=ugd+jugq為電網(wǎng)電壓矢量，當(dāng)坐標(biāo)系的d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量時(shí)，則有ugd=|Ug|=Ug，ugq=0，其中Ug為電網(wǎng)相電壓幅值。

變流器數(shù)學(xué)模型可改寫為：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器功能

（1）保持直流母線電壓的穩(wěn)定：

取決于變流器交流側(cè)與直流側(cè)有功功率的平衡，因此需要控制交流側(cè)輸入的有功功率。在電網(wǎng)電壓恒定的條件下，即控制輸入電流的有功分量。

（2）控制輸入功率因數(shù)：在電網(wǎng)電壓恒定的條件下，實(shí)際上就是控制輸入電流的無功分量。

（3）保持輸入電流正弦：

主要與電流控制的有效性和調(diào)制方式有關(guān)。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由網(wǎng)側(cè)變流器功能可以得出變流器的控制系統(tǒng)需要包含電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制兩個(gè)部分。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變流器dq坐標(biāo)系下數(shù)學(xué)模型：

此式表明，網(wǎng)側(cè)變流器的d軸、q軸電流不僅受vgd、vgq的控制，還受到電流交叉耦合項(xiàng)ω1Lgigq、ω1Lgigd，電網(wǎng)電壓ugd、ugq的影響。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)d軸、q軸電流的有效控制，需要消除d軸、q軸電流耦合以及電壓擾動(dòng)。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

設(shè)v`gd，v`gq如下：為了消除控制靜差，通過比例積分調(diào)節(jié)器來設(shè)計(jì)如下電流控制器:

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由此可得網(wǎng)側(cè)變流器的電壓指令：

上式表明，在網(wǎng)側(cè)變流器的控制中引入了電流狀態(tài)反饋量ω1Lgigq、ω1Lgigd來實(shí)現(xiàn)解耦，同時(shí)引入電網(wǎng)擾動(dòng)電壓項(xiàng)ugd、ugq進(jìn)行前饋補(bǔ)償。

從而實(shí)現(xiàn)d軸、q軸電流的獨(dú)立控制，并提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)2.1節(jié)所示三相輸入電流iga、igb、igc的正方向規(guī)定和幅值守恒的坐標(biāo)變換原則，網(wǎng)側(cè)變流器向電網(wǎng)輸出的有功功率和無功功率分別為：

在d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中則有：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在忽略各種損耗的前提下，網(wǎng)側(cè)變流器直流側(cè)與交流側(cè)的功率平衡關(guān)系為：

當(dāng)交流側(cè)輸入的功率大于直流側(cè)負(fù)載消耗的功率時(shí)，多余的能量會(huì)使直流母線電壓升高，反之，直流母線電壓降低。

因此只要能控制交流側(cè)輸入的有功電流，就可以控制變流器有功功率的平衡，從而保持直流母線電壓的穩(wěn)定。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.2網(wǎng)側(cè)變流器控制策略網(wǎng)側(cè)變流器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電壓外環(huán)控制器采取與電流控制器類似的設(shè)計(jì)，即d軸電流參考值為：

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由此可得帶解耦和擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)木W(wǎng)側(cè)變流器直流電壓、電流雙閉環(huán)控制框圖：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式鎖相同步的作用及基本類型

電力電子設(shè)備的并網(wǎng)運(yùn)行、矢量控制、解耦控制、對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)支撐等均需要獲取電網(wǎng)的頻率和相位信息。因此通常在新能源并網(wǎng)設(shè)備中加入鎖相環(huán)(Phase-LockedLoop，PLL)來實(shí)現(xiàn)鎖相同步。PLL開環(huán)PLL基于過零鑒相器的PLL鎖相穩(wěn)態(tài)精度不高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、不能適用于薄弱電網(wǎng)下電壓不平衡和頻率突變基于低通濾波器的PLL基于空間矢量濾波器的PLL基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器的PLL基于加權(quán)最小二乘法估計(jì)的PLL閉環(huán)PLL更高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和抗干擾能力網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式鎖相同步的作用及基本類型

同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的PLL結(jié)構(gòu)

鑒相器(phasedetector,PD)：將輸入電壓與輸出電壓作差后得到相位偏差量。

環(huán)路濾波器(loopfilter,LF)：濾除其中的諧波。

壓控振蕩器(voltage-controlledoscillator,VCO)：計(jì)算相位信息，通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)縮小輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位誤差，從而實(shí)現(xiàn)鎖相同步。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

理想的強(qiáng)電網(wǎng)沒有諧波分量的干擾，采用基于同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)SRF-PLL(SynchronousReferenceFrame-PLL)

采用d軸電壓定向，控制q軸電壓ugq=0，即穩(wěn)態(tài)時(shí)d軸分量與電壓矢量重合，同步坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度θ等于電網(wǎng)電壓矢量的相位。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

當(dāng)穩(wěn)態(tài)相位誤差較小時(shí)，可得：

其中，Δ代表小信號(hào)分量。由SRF-PLL結(jié)構(gòu)圖可得角度的閉環(huán)傳遞函數(shù)Hθ(s)和角度誤差傳遞函數(shù)Eθ(s)可以分別表示為：

其中，截止頻率，阻尼比，kp和ki分別為PI控制器的比例和積分系數(shù)。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

對(duì)角度閉環(huán)傳遞函數(shù)Hθ(s)的極點(diǎn)分布進(jìn)行分析，其極點(diǎn)表示如下：

當(dāng)ζ<1（欠阻尼）時(shí)，相位階躍誤差和頻率階躍的誤差表達(dá)式分別為：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

當(dāng)ζ>1（過阻尼）時(shí)，相位階躍誤差和頻率階躍的誤差表達(dá)式分別為：

其中，。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

當(dāng)極點(diǎn)負(fù)實(shí)部值越大時(shí)，暫態(tài)響應(yīng)越快；虛部值越大時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)越大。

對(duì)于電壓相位階躍而言，阻尼系數(shù)小時(shí)，響應(yīng)速度快但是超調(diào)量大；阻尼系數(shù)大時(shí)，超調(diào)量小但系統(tǒng)響應(yīng)速度慢。為兼顧快速的響應(yīng)速度且合理的超調(diào)，一般選取阻尼系數(shù)為1，即臨界阻尼。此時(shí)PI控制器參數(shù)滿足：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

通過小信號(hào)模型研究在低短路比薄弱電網(wǎng)中SRF-PLL對(duì)新能源設(shè)備控制的影響。當(dāng)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)電壓的小信號(hào)表達(dá)式為：

鎖相環(huán)獲得的相位角受到電壓擾動(dòng)的影響，可表示為：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

為了準(zhǔn)確描述SRF-PLL在低短路比薄弱電網(wǎng)下對(duì)新能源機(jī)組的影響，建立電網(wǎng)電壓通過PLL影響電流控制的阻抗模型。

通過阻抗建模的方法可以發(fā)現(xiàn)，SRF-PLL會(huì)通過引入2個(gè)電網(wǎng)電壓前饋矩陣Gpni和Gpnu，從而改變系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式常規(guī)鎖相同步方式建模

設(shè)計(jì)合理的比例和積分參數(shù)會(huì)提高新能源系統(tǒng)在低短路比薄弱電網(wǎng)下的穩(wěn)定性。

網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（1）基于延時(shí)信號(hào)消除的鎖相同步方式電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，三相電壓αβ分量可以表示如下：

其中，?為相位；上標(biāo)“+”和“-”分別表示正、負(fù)序分量。將系統(tǒng)延時(shí)四分之一工頻周期可得：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（1）基于延時(shí)信號(hào)消除的鎖相同步方式由前述兩式可得正序基頻電壓矢量可表示為：

因此可以通過在SRF-PLL前加入基于鑒相器的延時(shí)信號(hào)消除DSC(DelayedSignalCancellation)控制器來消除輸出的2倍頻波動(dòng)量，獲得只含有基波正序矢量的相位誤差信息，消除了電網(wǎng)不平衡對(duì)SRF-PLL的影響。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（1）基于延時(shí)信號(hào)消除的鎖相同步方式

DSC-PLL結(jié)構(gòu)圖如下所示：

前置DSC環(huán)節(jié)增加相位延遲，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)減慢。電網(wǎng)頻率變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí)偏差導(dǎo)致正負(fù)序分離誤差。

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（2）基于直接解耦法的鎖相同步方式基于雙二階廣義積分DDSOGI(DecoupledDoubleSecond-OrderGeneralizedIntegrator)的鎖相同步結(jié)構(gòu)如下所示：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（2）基于直接解耦法的鎖相同步方式

DDSOGI包含正交信號(hào)發(fā)生器，在αβ靜止坐標(biāo)系下，其正序分量和負(fù)序分量的傳遞函數(shù)分別為：其中，D(s)為正交信號(hào)傳遞函數(shù)。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（2）基于直接解耦法的鎖相同步方式經(jīng)過DDSOGI后，正序分量等效于經(jīng)過一個(gè)中心頻率為基波頻率的帶通濾波器，負(fù)序分量則等效于經(jīng)過一個(gè)基波頻率的陷波器，而諧波信號(hào)可以被低通濾波濾除，因此可以獲得正序基波信號(hào)。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（2）基于直接解耦法的鎖相同步方式另一種直接解耦法基于雙同步坐標(biāo)系DDSRF(DecoupledDoubleSynchronousReferenceFrame)的鎖相同步方式：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（2）基于直接解耦法的鎖相同步方式

DDSRF-PLL中包含2個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，利用正負(fù)序之間的角速度和相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)正負(fù)序之間的分離?；谡?fù)序計(jì)算的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓矢量分別表示為：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（2）基于直接解耦法的鎖相同步方式

負(fù)序分量在正轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系中為2倍頻分量，而正序分量在反轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系也表現(xiàn)為2倍頻分量。因此解耦步驟如下：(a)由負(fù)序直流分量經(jīng)過2倍基頻的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)矩陣得到負(fù)序電壓在正轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系下的交流分量。(b)在正轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系下的電壓分量減去負(fù)序電壓分量在正轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系上的分量。(c)經(jīng)過低通濾波器濾除高次諧波和噪聲，可以得到正轉(zhuǎn)同步坐標(biāo)系上的電壓正序分量。(d)同理可得反轉(zhuǎn)坐標(biāo)系上的負(fù)序分量，從而實(shí)現(xiàn)正負(fù)序分量分離。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（3）基于正負(fù)序計(jì)算的鎖相同步方式

該方式利用瞬時(shí)對(duì)稱分量消除電壓正負(fù)序分量之間的相互影響，從而實(shí)現(xiàn)正負(fù)序的分離。將不平衡三相電壓分解為瞬時(shí)正序分量、負(fù)序分量和零序分量之和：其中，上標(biāo)+表示正序分量，上標(biāo)-表示負(fù)序分量，上標(biāo)0表示零序分量。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（3）基于正負(fù)序計(jì)算的鎖相同步方式

其中，a=e-j2π/3，為120°相移信號(hào)。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（3）基于正負(fù)序計(jì)算的鎖相同步方式為實(shí)現(xiàn)靜止坐標(biāo)系下正序分量和負(fù)序分量的分離，需要利用正交信號(hào)發(fā)生器得到Ugαβ及其90°相位滯后的正交信號(hào)。

對(duì)于交流信號(hào)的提取，可以在靜止坐標(biāo)系下采用帶通濾波器，也可以在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下采用低通濾波器。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（4）基于復(fù)系數(shù)濾波器的鎖相同步方式

復(fù)系數(shù)濾波器CCF(ComplexCoefficientFilter)同時(shí)具有頻率選擇和極性選擇的功能。典型一階CCF可表示為：

其中，ωc為帶通頻率，一般設(shè)為電網(wǎng)頻率或n次諧波頻率。CCF在選擇頻率處保持單位增益和零相位偏移，在其他頻率處的增益大幅衰減。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（4）基于復(fù)系數(shù)濾波器的鎖相同步方式

CCF的具體實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如下，通過在靜止坐標(biāo)下對(duì)相對(duì)相位差90°的信號(hào)進(jìn)行反饋來實(shí)現(xiàn)復(fù)數(shù)信號(hào)j：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（5）基于滑動(dòng)平均濾波的鎖相同步方式

滑動(dòng)平均濾波MAF(MovingAverageFilter)是一種線性相位濾波器，可以用作理想的低通濾波器：

其中，Tw為MAF的窗口長(zhǎng)度。MAF-PLL在實(shí)際應(yīng)用中很容易實(shí)現(xiàn)，并且計(jì)算量小。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（5）基于滑動(dòng)平均濾波的鎖相同步方式

MAF在SRF-PLL中等效為一個(gè)前置濾波器，可有效阻止干擾分量，并且對(duì)于鎖相同步的動(dòng)態(tài)性能影響小。MAF-PLL結(jié)構(gòu)如圖所示：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（6）基于陷波器的鎖相同步方式

陷波器NF(NotchFilter)是一種帶阻濾波器，它可以顯著衰減目標(biāo)頻段內(nèi)的信號(hào)，而其他頻段的信號(hào)不會(huì)受到影響。加入NF后可以提升諧波電網(wǎng)下PLL的工作性能，NF可以分為自適應(yīng)型和非自適應(yīng)型。NF-PLL的結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)MAF-PLL類似，只是MAF被一個(gè)或多個(gè)NF取代。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：不平衡及諧波電網(wǎng)

（7）各方法性能比較

基于延時(shí)信號(hào)消除的鎖相同步方式只能提取不平衡電網(wǎng)下的負(fù)序分量基于直接解耦法的鎖相同步方式基于正負(fù)序計(jì)算的鎖相同步方式基于復(fù)系數(shù)濾波器的鎖相同步方式可以提取其他低次諧波基于滑動(dòng)平均濾波的鎖相同步方式基于陷波器的鎖相同步方式網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：電網(wǎng)頻率相位突變

（1）3型PLL

3型PLL是在其控制環(huán)路中加入三階積分器，由此實(shí)現(xiàn)零誤差穩(wěn)態(tài)追蹤斜坡輸入的頻率信號(hào)。其控制結(jié)構(gòu)如下所示：

特點(diǎn)：負(fù)增益裕度，在低環(huán)路增益下有不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，在3型PLL中使用幅值歸一化策略非常重要。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：電網(wǎng)頻率相位突變

（1）3型PLL

準(zhǔn)2型PLL(Quasi-Type-2PLL)也是3型控制系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)不受電壓驟降的不穩(wěn)定影響，因此并不強(qiáng)制使用幅值歸一化策略。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：電網(wǎng)頻率相位突變

（2）改進(jìn)型鎖頻環(huán)

鎖頻環(huán)FLL(Frequency-lockedLoop)是根據(jù)頻率進(jìn)行直接定向控制，其相位角是由環(huán)路外部計(jì)算得到的。相位突變時(shí)FLL所得到的頻率分量不會(huì)受到相位變化的干擾。單相DDSOGI-FLL結(jié)構(gòu)網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：低短路比電網(wǎng)

（1）基于電網(wǎng)電壓調(diào)制型的鎖相同步方式電網(wǎng)電壓調(diào)制型GVM(GridVoltageModulated)的鎖相同步方式可以利用電網(wǎng)電壓信息進(jìn)行鎖相同步?；贕VM的逆變器輸出電流控制結(jié)構(gòu)圖如下：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：低短路比電網(wǎng)

（1）基于電網(wǎng)電壓調(diào)制型的鎖相同步方式

GVM方法有許多優(yōu)點(diǎn)：(a)使系統(tǒng)成為線性時(shí)不變系統(tǒng)，便于控制器參數(shù)設(shè)計(jì)。(b)大幅降低有功功率和無功功率的紋波，并且對(duì)電網(wǎng)電壓和線路阻抗有良好的魯棒性。(c)保證收斂速度和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，還可以減小SRF-PLL帶來的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。(d)在低短路比薄弱電網(wǎng)下具有良好的穩(wěn)定裕度。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：低短路比電網(wǎng)

（2）基于虛擬坐標(biāo)系的直接功率鎖相同步方式

該方法是在固定角速度的同步參考系中實(shí)現(xiàn)的。其典型結(jié)構(gòu)圖如下所示：由于直接功率控制環(huán)帶寬較大，易導(dǎo)致高頻的穩(wěn)定性問題。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.3鎖相同步方式薄弱電網(wǎng)下的改進(jìn)型鎖相同步方式：低短路比電網(wǎng)

（3）對(duì)稱PLL

參數(shù)或結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的設(shè)備在低短路比電網(wǎng)下會(huì)出現(xiàn)頻率耦合現(xiàn)象。對(duì)稱PLL同時(shí)對(duì)d軸和q軸電網(wǎng)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，使系統(tǒng)成為一個(gè)單輸入單輸出系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)如下所示：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法電流跟蹤控制環(huán)節(jié)概述高精度電流跟蹤控制環(huán)節(jié)在新能源機(jī)組控制中起到至關(guān)重要的作用，所選取的電流跟蹤控制精度的高低將對(duì)新能源機(jī)組控制方案的有效性產(chǎn)生決定性影響。作用：實(shí)施對(duì)多運(yùn)行目標(biāo)所配置的正、負(fù)序指令電流的高精度跟蹤控制。

分類：調(diào)節(jié)器可分為線性調(diào)節(jié)器、非線性調(diào)節(jié)器兩大類。網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器（1）比例積分控制器：采用實(shí)施于多同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系多PI調(diào)節(jié)器的跟蹤控制方案提高PI調(diào)節(jié)器跟蹤正弦電流指令的能力，結(jié)構(gòu)如下：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器旋轉(zhuǎn)變換過程對(duì)比例調(diào)節(jié)器不產(chǎn)生任何影響，對(duì)于積分調(diào)節(jié)器，將其從同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到靜止坐標(biāo)系，可得到等效傳遞函數(shù)為：

網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器

網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器同理可得復(fù)系數(shù)積分器的等效傳遞函數(shù)：將復(fù)系數(shù)因子消去得到的等效傳遞函數(shù)：網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器為便于區(qū)分，給出上述幾種積分器的對(duì)比表格：

廣義積分器矢量積分器降階環(huán)節(jié)二階環(huán)節(jié)網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器

網(wǎng)側(cè)變流器控制技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院2.4高精度電流跟蹤控制方法線性調(diào)節(jié)器（2）重復(fù)控制器(RC):解決多頻諧振控制器的不足。

基于內(nèi)模控制原理，對(duì)即時(shí)輸入誤差信號(hào)經(jīng)過恰當(dāng)?shù)难訒r(shí)再疊加即時(shí)輸入誤差信號(hào)，獲取RC控制