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《苏州大学》 2017年
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电压同步锁相及其相关技术的研究

谢门喜  
【摘要】:高精度、实时检测电网电压相位是电力电子变换设备控制系统的重要环节,对特定电力设备的性能有重要影响。目前,同步锁相是实现电压相位检测跟踪的主要技术手段。由于电网存在随机的电能质量问题,引起电压的幅值波动、频率偏移、谐波畸变、相位突变以及三相不平衡等状况,给实时同步技术带来了挑战。本文对各种电能质量情况,三相、单相系统的基波电压相位实时同步锁定、及频率信号的检测为重点关注内容,主要研究工作及成果总结如下:1、针对三相系统,同步旋转坐标系锁相环(SRF-PLL)结构存在高带宽与强滤波能力的矛盾,为了获得零稳态误差的基波正序分量相位实时跟踪能力,研究出了SRFPLL附加滤波器的高效配置原则:三相电压信号不平衡状态下采用前级环外正序、负序分量滤波分离策略;谐波情况下设置环路内滤波消除高次扰动,并且证明了在参数一致的条件,内置滑动平均滤波(MAF)和级联延时消去(CDSC)两类环路内滤波器,在增强滤波能力方面具有等效性。此外,由于两类环内滤波器的时间常数较大,引发闭环PLL动态响应慢的问题,分别设计了对应的数字补偿器,不改变稳态性能的基础上,显著地减少了过渡过程的动态时间,仿真和实验波形证明了本文改进的SRF-PLL配置结构具有可行性和有效性。2、对单相电压相位跟踪,分析了乘法型鉴相器功率PLL(pPPL)的特点,明确了鉴相偏差信号中的高频扰动分量是引起相位检测稳态误差的根本原因。为此,提出了配置滑动平均滤波器的技术方法。研究结果表明,本文方法能适应单相电压信号包含多种高次谐波、直流偏置的状况。此外,为了将SRF-PLL应用于单相系统,研究了四类正交信号发生器,分别提出了针对性的改进措施,藉此配合后级锁相环路,增强了单相SRF-PLL结构对离散化采样时间、谐波与直流偏置等复杂环境的适应性。3、针对电压频率波动情况,提出了一种多级延时滤波检测方法,适用于三相系统、单相系统各种电能质量情况下电压信号频率实时检测。该方法中所采用的前置级联延时滤波的基频正序分量分离器,具有模块化、参数固定设计、适应性强、易于数字化等优点,在电压信号含谐波、频率大幅变化情况下,通过平衡滤波性能与计算量、动态响应时间三方面关系,实测频率稳态精度在±0.05Hz范围内。4、针对当前25G/T型列车车载辅助供电逆变器冷备、容量大的状况,研究了微网控制模式下,多机并联的控制逻辑与同步问题。对于逆变器多闭环控制策略,分析指出:由于重载或直流电压跌落,触发空间矢量调制(SVPWM)进入过调制区域导致逆变输出电压波形畸变。为此,设计了滤波性能优良的同步锁相方法,消除了线电压中5次、7次谐波的影响,加强了同步锁相过程对谐波的适应能力,并在大功率逆变器平台实现了同步锁相实验测试。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM714.2;TM761

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【参考文献】
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