基于雙d-q旋轉(zhuǎn)軸的三相鎖相環(huán)模型

基于雙d-q旋轉(zhuǎn)軸的三相鎖相環(huán)模型

在許多應(yīng)用能源電子的情況下，如靜態(tài)補(bǔ)償補(bǔ)償裝置、源濾波裝置、連續(xù)電源、太陽能發(fā)電并網(wǎng)、風(fēng)扇發(fā)電并網(wǎng)等。準(zhǔn)確檢測電網(wǎng)電壓的相位是系統(tǒng)控制的最重要任務(wù)。三相環(huán)的應(yīng)用比零檢測更有效。當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定、不平衡或波幅時(shí)，三相環(huán)也需要能夠準(zhǔn)確檢測相位移信息。為了解決普通的三相鎖相環(huán)無法有效消除二次諧波的問題,利用雙d-q旋轉(zhuǎn)軸的三相電壓鎖相環(huán)通過交叉解耦實(shí)現(xiàn)二次諧波的消除,得到三相不平衡電壓的直流量.本文對(duì)所提出的基于雙d-q旋轉(zhuǎn)軸的三相鎖相環(huán)模型進(jìn)行了建模與仿真,并驗(yàn)證了該模型的正確性1雙dq旋轉(zhuǎn)軸的三相鎖相環(huán)分析1.1相電壓不對(duì)稱時(shí)三相鎖相環(huán)原理如圖1所示.電網(wǎng)電壓UClark變換矩陣為:式中:θ———電網(wǎng)相位.當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡式中:Uβ,γ———常量.三相對(duì)稱電壓經(jīng)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(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí),認(rèn)為進(jìn)一步簡化得:由以上推導(dǎo)可知,當(dāng)三相電壓不對(duì)稱時(shí),即使最終實(shí)現(xiàn)相位追蹤,仍然會(huì)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(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能,不是理想的方法.1.2正序循環(huán)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(zhuǎn)坐標(biāo)軸.雙d-q旋轉(zhuǎn)軸三相鎖相環(huán)原理繼續(xù)考慮三相不平衡的情況:式中:Uφ,φ負(fù)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(shí)現(xiàn)二次諧波的消除,得到三相不平衡電壓的直流量.通過一個(gè)閉環(huán),從而使經(jīng)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(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的相位跟蹤.2電壓不平衡時(shí)仿真在Matlab/Simulink環(huán)境下,搭建了雙d-q旋轉(zhuǎn)軸三相鎖相環(huán)的模型.仿真系統(tǒng)由Clark變換、Park變換、解耦變換3個(gè)主要模塊組合而成.圖3為3個(gè)模塊封裝組合后的結(jié)構(gòu)框圖.其中PI調(diào)節(jié)器里K仿真算法選擇變步長ode23tb,仿真時(shí)間設(shè)置為0.1s,最大步長為1e-5,其余使用默認(rèn)的仿真參數(shù).當(dāng)電網(wǎng)電壓平衡,即三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱時(shí),仿真結(jié)果如圖4所示.當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí),假設(shè)C相電壓為0,A相和B相電壓保持不變,三相電壓不對(duì)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(wǎng)電壓通過跟蹤相位進(jìn)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(zhǔn)確;圖4d和圖5d表明,跟蹤電壓頻率也是準(zhǔn)確的.這些都說明不管電網(wǎng)電壓是否平衡,雙d-q旋轉(zhuǎn)軸三相鎖相環(huán)都能準(zhǔn)確鎖相.3保護(hù)問題的社區(qū)網(wǎng)鎖相技術(shù)本文針對(duì)傳統(tǒng)的三相鎖相環(huán)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(diǎn),提出了一種帶有雙d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸的新型軟件鎖相技術(shù),解決了上述問題,并通過仿真軟件驗(yàn)證了該鎖相技術(shù)在理想和非理想電網(wǎng)環(huán)境下都能夠達(dá)到較高的鎖相精度.Park變換矩陣為:經(jīng)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(jīng)正Park變換和反Park變換得到:實(shí)現(xiàn)相位跟蹤時(shí),將式(16)和式(17)進(jìn)一步變形得:式(19)之所以加上最后一項(xiàng),是為了與式(18)保持形式上的統(tǒng)一,方