三相电网解耦双同步坐标系锁相环设计

摘 要

针对并网变换器与三相电网较好地同步问题，提出一种基于解耦的双同步坐标系（DDSRF）的三相锁相环设计技术。将这两个坐标系一个以正序另一个以负序进行旋转，关于此双同步参考坐标系，令正序参考电压分量在负序旋转坐标系的作用下解耦，反之亦然，将负序电压分量在正序参考坐标系下解耦。为了将解耦网络组成部分推导出来，针对三相双同步旋转坐标系下不平衡电压的矢量图进行分析，得到的DDSRF-PLL的整体结构框图及PLL的模型。在这过程中，引入滤波器从而提高锁相性能的目的，并设计其结构框图，最后仿真结果表明，该方法使得系统能在不对称故障下仍能保证精确的电网同步。

关键词：解耦双同步坐标系；三相锁相环

Design of phase-locked loop with dual synchronous coordinate system for decoupling three-phase power grid

Abstract

Aiming at the synchronization problem of grid-connected converter and three-phase power network, a three-phase phase-locked loop (PLL) design technology based on decoupled dual synchronous coordinate system (DDSRF) is proposed. One of the two coordinate systems is rotated in positive sequence and the other is rotated in negative sequence. For the double synchronous reference coordinate system, the positive sequence reference voltage component is decoupled under the action of the negative sequence rotating coordinate system, and vice versa, the negative sequence voltage component is decoupled under the positive sequence reference coordinate system. In order to deduce the components of decoupling network, the vector diagram of unbalanced voltage in three-phase double synchronous rotating coordinate system is analyzed, and the overall structure block diagram and PLL model of DDSRF-PLL are obtained. In this process, the purpose of introducing filter to improve the phase locked performance is introduced, and the structure block diagram is designed. At last, The simulation results show that this method can ensure the precise grid synchronization in the case of asymmetric faults.

Keywords：decoupled double synchronous coordinate transformation, SRF-PLL

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与研究意义 1

1.2 国内外研究现状和发展趋势 1

1.3 主要研究内容与研究流程 3

1.3 章节安排 3

第二章 DDSRF-PLL的工作原理 4

2.1准备知识 4

2.1.1坐标变换 4

2.1.2锁相环（PLL）的结构 5

2.2 基于双解耦同步旋转坐标系锁相环的基本概念 6

2.2.1基于双同步旋转参考坐标系锁相环的工作原理 6

2.2.2解耦单元结构简介 9

2.2.3DDSRF-PLL小信号建模及动态分析 12

2.3 本章小结 14

第三章 滤波器的研究 15

3.1 滤波器的原理 15

3.2 针对DDSRF-PLL进行改进 16

3.3 本章小结 17

第四章 不平衡电网下DDSRF-PLL的仿真研究 18

4.1 准备前提 18

4.2 基于双解耦同步旋转坐标系的锁相环的仿真 19

4.3 本章小结 23

第五章 结论 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1研究背景与研究意义

变流装置常称为电力电子装置，在该器械中的核心装置是功率型半导体器件，近些年中，人们发现其电能变换以及关于电能控制方面的优越性，常用于电力系统中；该装置的原理是凭借电路拓扑技术以及电路的控制技术对电进行精妙的转换以及对电能进行适当的监控。

电网电压同步技术，是指并网变换器通过锁相技术掌握传输交流电压的相角、频率以及幅值等，使得变换器输出与并网电压相同的相频及幅值。为使输送点安全可靠，就要求电网同步既精准又快速。传输电压每时每刻的变化，都需要第一时间被跟踪，并反馈至并网变换器，使得系统能成功地并入到电网当中去，但是电网从来都是一个复杂的动态系统，线路短路、自然环境影响、设备故障等因素会对电网造成负面影响，并且这类影响往往超出人们预料之内。因而我们需要一种变换器，它能针对于电网电压相位的变换而做出精准快速的响应。

人们对于诸如光伏发电以及风力发电等一系列接入电网的发发电系统，需要运用到如上文所介绍的并网变流装置来保证电能的稳定运行以及控制其入电网的过程；这些变流装置需要相应的借助变压器与电网并或串联的方法来实现，因为有了这一部分的特点，所以电力电子装置的别名为网侧装置，接下来要保证电网的同步运行，电网的同步技术很是重要，有了它，电网才能保证稳定，而在电力电子这一块，方法众多，其中本文重点是闭环锁相环的方法，它也是人们广泛应用的方法。

未来的功率网络基于许多新的功率电子和集成电路技术。这意味着在分布式发电系统中使用的网络连接的转换器需要被精心设计和控制以获得比其替换的原始电力设备更好的性能。在并网变流器的控制方面，需要考虑如何与三相电网同步。锁相环（PLL）广泛应用于电力变换器中，用于实时获取电网电压的相位和频率，从而实现被控变换器与电网电压信号的同步。