基于雙d-q旋轉軸的三相鎖相環模型

在許多應用能源電子的情況下，如靜態補償補償裝置、源濾波裝置、連續電源、太陽能發電并網、風扇發電并網等。準確檢測電網電壓的相位是系統控制的最重要任務。三相環的應用比零檢測更有效。當電網電壓出現不穩定、不平衡或波幅時，三相環也需要能夠準確檢測相位移信息。為了解決普通的三相鎖相環無法有效消除二次諧波的問題,利用雙d-q旋轉軸的三相電壓鎖相環通過交叉解耦實現二次諧波的消除,得到三相不平衡電壓的直流量.本文對所提出的基于雙d-q旋轉軸的三相鎖相環模型進行了建模與仿真,并驗證了該模型的正確性1雙dq旋轉軸的三相鎖相環分析1.1相電壓不對稱時三相鎖相環原理如圖1所示.電網電壓UClark變換矩陣為:式中:θ———電網相位.當電網電壓不平衡式中:Uβ,γ———常量.三相對稱電壓經Clark變換得到:再通過Park變換:式中:將式(4)和式(5)代入式(6)得:當系統穩定時,認為進一步簡化得:由以上推導可知,當三相電壓不對稱時,即使最終實現相位追蹤,仍然會有二次諧波,其幅值與基波十分接近,不容易消除.一般來說,可以通過增加低通濾波器來消除,不過這會影響系統的動態性能,不是理想的方法.1.2正序循環變換與二次諧波消除為了解決2倍頻分量問題,引入了雙d-q旋轉坐標軸.雙d-q旋轉軸三相鎖相環原理繼續考慮三相不平衡的情況:式中:Uφ,φ負序Park變換中的2倍頻分量可以通過正序Park變換中的直流量乘以變換矩陣得到,其變換矩陣為:這樣就可以通過交叉解耦實現二次諧波的消除,得到三相不平衡電壓的直流量.通過一個閉環,從而使經正序變換得到的q軸直流量為零,這樣就可以在三相不平衡條件下準確實現電網電壓的相位跟蹤.2電壓不平衡時仿真在Matlab/Simulink環境下,搭建了雙d-q旋轉軸三相鎖相環的模型.仿真系統由Clark變換、Park變換、解耦變換3個主要模塊組合而成.圖3為3個模塊封裝組合后的結構框圖.其中PI調節器里K仿真算法選擇變步長ode23tb,仿真時間設置為0.1s,最大步長為1e-5,其余使用默認的仿真參數.當電網電壓平衡,即三相電網電壓對稱時,仿真結果如圖4所示.當電網電壓不平衡時,假設C相電壓為0,A相和B相電壓保持不變,三相電壓不對稱仿真波形如圖5所示.由圖4b和圖5b可知,跟蹤相位余弦值在0.02s后與A相基波電壓重合,說明定向A軸成功;由圖4c和圖5c可知,三相電網電壓通過跟蹤相位進行Clark變換、Park變換后得到的q軸分量在0.02s后趨于零,說明跟蹤相位準確;圖4d和圖5d表明,跟蹤電壓頻率也是準確的.這些都說明不管電網電壓是否平衡,雙d-q旋轉軸三相鎖相環都能準確鎖相.3保護問題的社區網鎖相技術本文針對傳統的三相鎖相環在三相電壓不平衡條件下,鎖相精度較差、不能有效消除2次諧波分量的缺點,提出了一種帶有雙d-q旋轉坐標軸的新型軟件鎖相技術,解決了上述問題,并通過仿真軟件驗證了該鎖相技術在理想和非理想電網環境下都能夠達到較高的鎖相精度.Park變換矩陣為:經過Clark變換后,零序分量消失,即消除了零序分量的影響.α軸和β軸的分量可表示為:將得到的α軸和β軸分量分別經正Park變換和反Park變換得到:實現相位跟蹤時,將式(16)和式(17)進一步變形得:式(19)之所以加上最后一項,是為了與式(18)保持形式上的統一,方