一种解决直流偏移的锁相环建模

彭艺

摘 要：在高压电网中，直流偏移现象会导致较为明显的基频振荡问题，从而产生较大的相位估计误差，为此本文提出一种基于复变陷波器的智能高压电网锁相环建模。所提算法能够提高高压电网锁相环模型的计算速度和偏移响应消除。

关键词：复变陷波器;锁相环;低通滤波器

0 引言

高压电网并网时，如果工作在理想状态下，其自身所具有的锁相环结构具有同步坐标系特征，在相位的动态实时跟踪方面具有相对较佳的性能，同时在组成结构上具有简单易于实现的优点，称为目前常用的并网同步分析工具[1]。但是，锁相环技术在应用过程中也存在较为显著的缺点，例如锁相环分析的直流偏移问题，这种偏移产生的原因可能是输入信号，也可能是传感器检测过程中出现的检测误差，严重的直流偏移问题可能会造成基波频率振荡过程中存在较为严重的误差[2]。

为了消除高压电网并网过程中锁相环结构所具有的直流偏移造成的误差问题，研究人员对此进行了不同层面的研究。例如，文献[5]针对高压电网并网过程中锁相环设计问题，提出了基于线性结构的状态空间分析方法，实现了对锁相环直流偏移影响的定量分析。

为有效消除并网过程中锁相环的直流偏移问题，本文提出一种基于复变陷波器的智能高压电网锁相环建模，目的是解决高压电网锁相环的直流偏移。

1 高压电网锁相环模型

1.1 锁相环结构

为有效解决高压电网锁相环存在的并网频率偏移问题，首先提出一种滤波参数正序提取和采样间隔调整的锁相环控制模型，具体结构见图1所示。

图1所示高压电网锁相环控制结构中，控制模块①是数据处理部分包含三个子过程：（1）高压电网锁相环控制结构的数据采样;（2）高压电网锁相环控制结构的滤波处理;（3）高压电网锁相环控制结构的变换过程。

1.2 正序滤波提取过程模块

如果高压电网并网过程中出现故障，会导致并网电网出现较为明显的谐波问题，这对锁相环控制过程的跟踪精度产生不良影响[3]。为了解决谐波影响，本文所设计的正序滤波提取过程模块的Z变换函数H（Z）如下：

2 复变陷波器高压电网锁相环建模

2.1 复变滤波器

在s域内基于αβ坐标的复变陷波器高压电网锁相环旋转向量模型具有下列形式[4]：

2.2 复变域锁相环结构分析

2.3 滤波模型结构设计

本文的创新之处是利用dq坐标系对陷波器模型进行转换，在此过程中设定陷波频率。利用取代陷波器模型中的模型参数s，可计算得到改进后的复变陷波器模型形式DCCNF（s），并进而得到该模型在dq坐标系中的传函模型形式如下：

2.4 参数选取

3 结束语

随着经济社会发展，国内对于采用直流通道进行功率输送的比例增加，在当前国内电网发展中占据重要地位。本文主要针对传统锁相环控制算法中，存在交流故障无法进行准确锁定的，容易造成谐波影响严重的问题，有针对性地提出一种改进策略，提出基于复变陷波器的高压电网锁相环建模方法。

参考文献：

[1]Weiwei Shi，Yongxin Zhu， Tian Huang，et al. An Integrated Data Preprocessing Framework Based on Apache Spark for Fault Diagnosis of Power Grid Equipment[J].Journal of Signal Processing Systems，2017，86（2）：221-236.

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[3]Wei Pei，Wei Deng，Ziqi Shen，et al. Operation of battery energy storage system using extensional information model based on IEC 61850 for micro-grids[J].IET Generation，Transmission & Distribution，2016，10（4）：849-861.

[4]田兵，毛承雄，陸继明，等.微网储能变换器并网/离网无缝切换策略仿真[J].电力系统及其自动化学报，2014，26（11）：1-7.

[5]Alexis Kwasinski，Vaidyanathan Krishnamurthy，Junseok Song，et al. Availability Evaluation of Micro-Grids for Resistant Power Supply During Natural Disasters[J].IEEE Transactions on Smart Grid，2012，3（4）：2007-2018.

[6]Joaquin Eloy-Garcia，Juan Carlos Vasquez，Josep M Guerrero. Grid simulator for power quality assessment of micro-grids[J].IET Power Electronics， 2013，6（4）：700-709.