并网逆变器Pll锁相环



基于DDSRF正负序分离方法的不平衡电网PQ控制策略_平衡电流控制

并网逆变器在面对不平衡电网时，需要实现对正序、负序和零序分量的分离，通过锁相环对正序电压进行定向，进而实现正序电网电压的控制。本文采用的DDSRF方法进行锁相，通过分离正负序分量，利用锁相环对正序电压进行锁相，然后进行dq变换，实现电流控制。整体控制策略以基本的并网逆变器PQ控制为起点，额外加入不平衡电网的正负序分离步骤和负序电流控制。在不平衡电网中，通过控制正序电流实现单位功率因数入网，而负序电流则控制为零，以输出平衡电流。

仿真模型搭建了硬件电路、整体仿真电路、不平衡电压搭建方法和控制部分。在不平衡电压下，采用解耦双同步旋转坐标系锁相环（DDSRF_PLL）进行锁相。通过锁相的关键在于利用正序电压进行定向。仿真结果表明，电流实现了平衡控制，在平衡电网和不平衡电网两种情况下，逆变器均能实现单位功率因数并网。

采用基于DDSRF正负序分离方法的不平衡电网PQ控制策略，能够实现分离后的正序功率按功率指令输出，达到单位功率因数并网的目的。此策略在处理不平衡电网问题时表现出了较好的性能，实现了电流的平衡控制。

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1.3 从同步发电机到逆变器并网的锁相环使用与设计

从同步发电机到逆变器并网的锁相环使用与设计如下：

锁相环在同步发电机并网中的应用：

必要性：同步发电机并入大电网时，确保其与电网参数同步至关重要，其中相位同步是关键问题之一。锁相环技术虽然在此场景下不直接用于同步发电机，但理解锁相环的原理有助于理解逆变器并网中的同步问题。传统方法：在同步发电机并网中，相位同步通常通过暗灯法和灯光旋转法等传统方法解决。

锁相环在逆变器并网中的使用：

重要性：逆变器并网要求其三相桥臂电压合成的矢量与电网合成矢量一致，锁相环技术通过锁定合成矢量的频率和相位，确保逆变器与电网同步。组成：锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器组成。鉴相器用于确定相位差，环路滤波器用于调节输出信号，使其追踪输入信号，压控振荡器则产生输出信号。

锁相环的设计考虑：

基本原理：锁相环的基本原理是使输入信号与输出信号保持恒定相位差。通过精确设计和调整锁相环的参数，可以实现这一目标。参数设定：在仿真过程中，需精确设定锁相环的参数，如使用维纳方法等方法来优化系统性能。这些参数的设置直接影响锁相环的锁定速度和稳定性。实际应用：在实际应用中，还需考虑离散和连续系统、计算复杂度及计算机处理能力等因素。这些因素可能影响锁相环的实时性和准确性，因此需要在设计中进行权衡。

锁相环的优势与挑战：

优势：锁相环技术能解决实时跟踪的难题，是实现精准同步的关键技术。在逆变器并网中，它确保了逆变器与电网的同步运行，从而提高了系统的稳定性和效率。挑战：锁相环的设计和实现过程中存在诸多挑战，如参数设定的复杂性、系统动态性能的优化等。此外，实际应用中的环境变化和电网波动也可能对锁相环的性能产生影响。

综上所述，从同步发电机到逆变器并网的锁相环使用与设计是一个复杂而关键的过程，需要深入理解锁相环的原理、精确设定参数，并充分考虑实际应用中的各种因素。

PLECS 应用示例（77）：三相T型逆变器（Three-Phase T-Type Inverter）

本文展示了一款用于并网应用的三相T型逆变器，采用Wolfspeed SiC MOSFET。图1显示了电路图，演示了如何选择器件、控制器参数和调制方法以影响逆变器的热性能。模型研究了逆变器在不同运行条件下的性能，确保系统安全高效运行。

T型逆变器类似于三电平中点箝位（NPC）逆变器，提供改进的谐波性能，同时减少零件数量和外部开关器件的导通损耗。本示例展示了一个22 kVA额定功率的T型逆变器，将800 V直流母线转换为三相60 Hz、480 V（线路，rms）配电。

模型配置了三种不同开关类型的SiC MOSFET，分别具有不同的额定电压、额定电流和RdsOn值，用于评估其热性能。每个器件都被建模为具有定制掩模配置的子系统，包括MOSFET和体二极管，以及热模型。组件掩模参数包括导通电阻和体二极管正向电压，以确定电流流过路径，影响开关损耗。

控制器采用解耦的同步参考系电流控制器，用于生成dq电压参考，通过独立的PI调节器将逆变器输出电流调节至设定点。PI控制器包括去耦前馈项，使用简单的同步参考帧锁相环（PLL）测量电压参考相位角，然后转换为三相电压参考，馈送到调制器，用户可选择不同的调制方案。

调制器组件实现不同的调制方法，如SPWM、SVPWM、THIPWM、THZSPWM和DPWM，以比较其对半导体损耗的影响。例如，DPWM在单位功率因数下的损耗最低，但当功率因数角接近0.5时，SPWM和SVPWM方法显示出较高的损耗。

通过操纵控制器设置、调制方案、开关频率、死区时间、控制器增益以及分析设备类型、并联设备数量和外部冷却或散热器的影响，可以试验控制器设置并分析系统级电气规格。参数扫描是确定设计决策如何在一系列操作条件下影响转换器性能的有效方法。

该模型突出显示了PLECS的热建模能力，并可以作为研究控制器设计对其他拓扑结构效率影响的例子。

单相锁相环（一）基于二阶广义积分器的单相锁相环（SOGI-PLL）的matlab/simulink仿真

基于二阶广义积分器的单相锁相环（SOGI-PLL）的Matlab/Simulink仿真

答案：

SOGI-PLL是一种广泛应用于单相并网逆变器及单相整流器等系统中的锁相技术，其通过二阶广义积分器（SOGI）产生相位差90度的正交分量，进而实现精确的锁相。以下是在Matlab/Simulink中进行SOGI-PLL仿真的详细步骤和说明。

一、SOGI的原理与实现

SOGI电路可以产生两个相互正交的信号，实现90°滞后移相。其传递函数为：

其中，ω0为无阻尼自然频率，k为阻尼比。当输入信号u的频率为ω0时，SOGI电路表现为具有无穷大增益的积分器。

为了实现SOGI的离散化，常采用双线性变换法。离散化后的SOGI结构如下图所示：

二、SOGI-PLL的原理

SOGI-PLL将同步坐标系锁相环(SRF-PLL)与二阶广义积分器结合，采用闭环控制实现锁相。其原理结构图如下：

将单相电网电压通过SOGI产生两个正交信号α和β，之后经Park变换得到vd和vq。Park变换所需要的相位值为锁相环输出的相位值θ。将vq送入PI调节器，由PI调节器的输出可得到瞬时角频率ω的值，再对角频率积分即可得到相位值θ。

三、Matlab/Simulink仿真

搭建SOGI模块

根据SOGI的离散化结构图，在Matlab/Simulink中搭建SOGI模块。该模块需要输入单相电网电压u，以及无阻尼自然频率ω0和阻尼比k。

搭建Park变换模块

Park变换模块需要输入正交信号α和β，以及锁相环输出的相位值θ。输出为vd和vq。

搭建PI调节器模块

PI调节器模块输入为vq，输出为瞬时角频率ω。根据PI调节器的原理，设置合适的比例系数和积分系数。

搭建积分器模块

积分器模块输入为瞬时角频率ω，输出为相位值θ。该模块实现对角频率的积分，得到相位值。

搭建SOGI-PLL整体仿真模型

将上述模块组合起来，搭建SOGI-PLL的整体仿真模型。输入单相电网电压，观察锁相环输出的相位值θ和瞬时角频率ω。

仿真结果分析

运行仿真模型，观察仿真结果。正常情况下，锁相环能够准确快速地跟踪电网电压的相位和频率。可以通过调整SOGI的参数（如ω0和k）以及PI调节器的参数，观察对锁相性能的影响。

以下是一个简化的SOGI-PLL仿真模型图：

四、小结

通过Matlab/Simulink仿真，可以验证SOGI-PLL在单相锁相系统中的有效性和准确性。仿真结果表明，SOGI-PLL能够准确快速地跟踪电网电压的相位和频率，且对高次谐波具有滤波作用。因此，SOGI-PLL在单相并网逆变器及单相整流器等系统中具有广泛的应用前景。

在搭建和调试SOGI-PLL仿真模型时，需要注意以下几点：

确保SOGI的参数（如ω0和k）设置正确，以保证产生正交信号的准确性和稳定性。调整PI调节器的参数，以获得良好的锁相性能和动态响应。观察仿真结果，分析锁相环的稳态和暂态性能，确保系统稳定运行。

PLECS RT Box 应用示例 11 (99)：单相逆变器（Single-Phase Inverter）

PLECS RT Box 应用示例 11 (99)：单相逆变器（Single-Phase Inverter）

概述

此演示模型展示了单相并网逆变器在50千瓦和单位功率因数下的运行。模型利用PLECS的电气和控制域，实现了功率级和控制级的实现。电厂（Plant）和控制器（Controller）模型被分为两个不同的子系统，并分别部署在两个RT Box上。两个RT Box通过两条37针Sub-D电缆以虚拟原型配置连接，用于交换数字PWM信号和模拟电流测量值。这种配置为硬件在环（HIL）或快速控制原型（RCP）应用程序的开发提供了潜在的第一步。

模型要求

要运行此演示模型，需要以下项目：

两个PLECS RT盒和一个PLECS及PLECS编码器许可证。RT Box目标支持库。按照《RT Box用户手册》中的快速入门指南配置PLECS和RT盒。两条37针Sub-D电缆，用于将接线盒从前连接到前。

如果用户只有一个可用的RT Box，仍然可以使用两根37针Sub-D电缆将模拟输出接口与模拟输入接口连接，将数字输出接口与数字输入接口连接，但请注意，这种情况下可能需要调整模型配置。

对于RT Box 2和3，此演示中启用了多任务功能，将“控制器”部分用一个任务框架块圈出，并在一个核心中运行，而原理图上的其余电路属于“基本任务”，并在另一个核心中运行。对于RT Box 1，由于只有一个CPU核心可用于计算模型，包括电厂和控制器，因此多任务处理被禁用。

模型结构

顶层示意图包含两个独立的子系统，分别代表电厂（“Plant”）和控制器（“Controller”）模型。两个子系统都可以通过编辑执行设置菜单生成代码，这是生成RT Box模型代码的必要步骤。反馈路径中的附加延迟也被建模。

电源电路

电源电路由Vdc=750V的直流电压源供电，H桥由两个IGBT半桥电源模块组件组成。开关信号Q1、Q2、Q3和Q4由来自PLECS RT Box目标支持库的PWM捕获块捕获。H桥的输出通过滤波电感和断路器连接到电网。低压电网由Vrms=220V和f=50Hz的理想交流电压源建模。直流电压、电网电压和电网电流的测量通过PLECS RT Box目标支持库中的模拟输出组件输出子系统，比例因子和偏移被配置为将模拟输出电压限制在[-4V，+4V]范围内。

控制部分

闭环控制器将线路电流调节为与电网电压同相。包括基于正交信号发生器的锁相环（PLL）以检测电网的电角度和频率。PLL的相位角输出通过一个三角函数块和比例增益Ip转换为电网电流的参考信号。Ip表示所需电网电流的幅度。子系统“Controller”的内部结构可以在比例积分（PI）或比例谐振（PR）调节器之间切换。两种类型的调节器的参数Kp和Ki都是使用最佳幅值规则设置的。谐振频率ω0被选择为等于电网频率。此外，两个调节器都配备有反饱和逻辑，并且增益Kbc由Kbc=Ki/Kp确定。

在调节器的输出端，增加了电网电压的前馈，以改善瞬态响应。之后，将信号除以DC电压，并将其作为调制指数馈送到PWM Out块。如果该模型被编程到实时目标中，则PWM输出块已被配置为与控制器的执行步长同步。

实时操作

该模型既可以在计算机上以离线模式运行，也可以在PLECS RT Box上以实时模式运行。为了进行实时操作，需要设置两个RT盒（称为“Plant”和“Controller”），并将“Plant”RT Box的模拟输出接口连接到“Controller”RT Box模拟输入接口，将“Plant”RT Box的数字输入接口连接到“Controller”RT Box数字输出接口（例如，使用两根DB37电缆）。然后，从编码器选项窗口的系统选项卡中，选择“Plant”并将其构建到“Plant”RT Box中，选择“Controller”并将其构建到“Controller”RT Box上。上传模型后，从编码器选项窗口的外部模式选项卡连接至RT Box并激活自动触发。将“Controller”子系统中的“断路器Breaker”常数值更改为1，以接合连接逆变器和电网的断路器。

在外部模式下的实时操作过程中，可以使用PLECS示波器观察控制器箱上的测量值和中间信号。通过改变“控制器Controller”子系统中的增益块“Ip”，可以改变电网电流的参考振幅。通过将控制器子系统内部的“断路器Breaker”常数设置回0，可以断开逆变器与电网的连接。

结论

该模型展示了一个单相并网逆变器模型，该模型可以在离线模拟和实时操作中运行，用于硬件在环测试和快速控制原型设计。

三相锁相环PLL锁相原理及仿真验证

三相锁相环PLL的锁相原理及仿真验证如下：

锁相原理： abc到dq0变换：三相锁相环首先通过abc三相电压的dq0变换，将交流量转换至同步旋转坐标系下的分量。这一步骤的目的是为了将复杂的交流控制问题简化为直流量控制问题。 PI调节与积分环节：通过PI调节器使得a相q轴分量为0。当a相电压与d轴不重合时，a相电压在q轴上的分量将不为0。PI调节器将输出一个正值，这个正值与电网角速度相减，得到一个小于电网角速度的ω。积分环节对这个ω进行积分，得到wt，这个wt将反馈到派克变换中，用于调整dq坐标系的旋转速度。 同步旋转与锁相成功：经过调节，dq坐标系的旋转速度将逐渐减慢或加快，直至与电网电压同步旋转。此时，a相电压与d轴重合，q轴分量为0，电网电压与d轴保持同步。此时，通过积分环节计算出的d轴旋转角度即为a相的角度，锁相成功。

仿真验证： 验证方法：在三相并网逆变器中验证三相锁相环的性能。通过仿真软件搭建三相并网逆变器的模型，并加入三相锁相环模块。 验证结果：观察锁相环输出的正弦曲线，如果这条正弦曲线与电网的相位一致，那么就可以验证锁相环的性能是符合预期的，即锁相成功。这一步骤是验证锁相环是否能够有效跟踪电网相位的关键。

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