锁相环 相位差「三相不平衡保护器」

今天带来锁相环 相位差「三相不平衡保护器」，关于锁相环 相位差「三相不平衡保护器」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

三相电网锁相

1 背景与问题

电力系统非线性用电设备，特别是电力电子装置越来越多的应用，带来的问题是电力系统的电能质量问题，功率因素、不平衡、谐波污染等等。为了改善电能质量，人们从电源端加入有源电力滤波器，或从负载加入PFC功率因数校正设备等。这些电力电子设备都需要并入电网，并依赖于电网电压同步运行。另外如光伏并网逆变器，不间断UPS电源等，也都需要与电网保持同步运行。为了使设备与电网保持同步，需要用电网同步锁相PLL技术来获得电网电压相位信息。

2 锁相原理

电网电压对电力电子设备而言是必要的采样信号，通过对电网电压的采样可以有效地提取电网电压的有效信息，获得电网电压的相位角度。

根据对称分量法，三相不对称分量可以分解为三想对称正序分量、三相负序分量以及零序分量。双DQ变换PLL通过对正序旋转坐标变换和负序旋转坐标变换，分别将电网电压中的三相正序对称分量、三相负序对称分量变换至以转速ω’正向旋转的正序同步旋转d q 坐标系和以转速-ω’反相旋转的负序同步旋转d-q-坐标系中（见图1），SPLL通过锁相实现将正序同步d q 坐标系的d 轴与Us 重合，使θ=θ’，实现正序分量和负序分量的解耦，得到正序分量和负序分量的幅值、频率和相位信息。

锁相矢量图

双同步旋转坐标计算

3 仿真模型

本系统建立模型，对双同步旋转坐标系下锁相环的验证，模型如下所示：

锁相系统仿真

3.1 Sine正弦模块

产生三相正弦波相差的正弦波形，可以设定相位信息与幅值信息，设定相位不互相差120°或者幅值不相同，就可以产生不平衡的电压源信号。

3.2 alpha/beta模块

将三相电网信号转换成两相信号。

3.3 DQ /DQ-模块

正负序坐标变换，正序采用theta进行变换，负序采用-thera进行变换，体现在公式上将不同。

3.4 ab/ dqdq模块

对正负序DQ信号进行两倍的thera变换，提取对应的正负序2倍频变量，计算式中还将前一次的滤波变量作为输入进行数据计算。

3.5 LPF滤波模块

系统离散化低通滤波器，分子分母参数需要根据滤波器运行的采样时间进行设计，比如10KHz滤波时间，可以按如下参数设计滤波器，滤除2倍频的电网波动。当系统存在不平衡时，将出现两倍频的波动，本源滤波器将起到滤除作用。

可以参考滤波器的离散化设计。

3.6 其它部分

系统将恒定Uqs输出量，将此量很恒定控制到0，通过持续调节相位角度。实时的相位角度可以通过积分计算得出，叠加电网的2πf，可以在初始更快锁定相位。

4 分析图示

我们建立模型，通过改变输入信号形成平衡与不平衡系统，测试确认相位锁定情况：

4.1 不平衡锁相

在第5S时，我们将 B相电压从220V瞬间跌落到120V，正序电压锁定相位基本无动作，可以验证锁定相位快速精准

4.2 谐波锁相

在第5S时，我们将 三相加入30V 5次谐波电压和20V 7次谐波电压，可以得出正序电压锁定相位基本无动作，可以验证锁定相位快速精准。对谐波畸变的电网也能准确快速锁定。

5 结论

双同步旋转坐标的电网锁相算法，能够快速锁定正序电网电压相位，在不平衡和电网畸变情况下，依旧能够有效而准确的锁定电网的同步位置。

整个过程只有计算算法消耗，这种算法替代复杂的硬件同步过零检测方式，广泛应用于需与电网同步的逆变器，变流器系统中。