基于暫態響應時間分析與暫穩態模式識別的鎖相環參數自適應方法

于 艇, 賈文閣, 杜冰心, 孫 輝, 代宇琦, 雷萬鈞

(1. 深圳中廣核工程設計有限公司, 廣東 深圳 518000; 2. 西安交通大學電氣工程學院, 陜西 西安 710049)

1 引言

鎖相環(Phase-Lock Loop,PLL)通過對電網頻率與相位進行檢測,實現同步交流電壓的功能,在交流電網中對保障電力電子并網整流器類設備正常運行起到決定性的作用。在弱電網系統中,大功率電力電子負載的切入與切除會造成系統中交流電壓的幅值、相位乃至頻率的突變,同時在穩態引入高于基波頻率的諧波。在此應用背景下,供電暫態與穩態的運行特性分別對PLL設計有著不同的要求,對傳統PLL的應用提出了挑戰。

在穩態下,電力電子負載與線路阻抗共同作用,在供電電壓中產生諧波。濾除諧波的抗擾需求普遍要求各形式的PLL等效頻域模型具有較小的濾波帶寬。現有對同步坐標系PLL(Synchronous-Reference-Frame PLL,SRF-PLL)的穩態特性研究已證明,含PLL的交直流變換器系統的小信號穩定性同樣需要設計較小的PLL濾波帶寬與增益[1-3]。另一方面,在暫態下,大功率的沖擊負載對基波供電電壓造成幅值、相位或頻率突變;為保障直流負載供電質量,整流器需設計快速響應的PLL。

為平衡PLL在暫穩態中的應用需求,許多文獻從改造控制方法的角度取得了進展。

一類解決方法是在PLL原有控制結構的基礎上增加串行的預處理環節,濾除同步電壓信號輸入中的諧波[4]。常見的線性預處理環節包括靜止系二階廣義積分器[5,6]及其等效的同步系帶通濾波器[7,8]、陷波控制器[9,10]。非線性的預處理環節則包括如文獻[11]所提出的通過正交環節提取特定次數的預處理計算,以及頻率-幅值特性上等效為多頻點陷波濾波器的延時預處理環節[12]。……