文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2011)03-0064-04
隨著工業自動化程度的日益提高，電力用戶對安全、環保、可控、高質量的電能需求不斷增長。三相電壓型PWM整流器利用電容作為儲能元件，與傳統不可控二極管整流器相比，具有網側功率因數可控、直流側電壓穩定、能量雙向流動等優點，因此，在工程中得到了廣泛應用[1-4]。
為獲得PWM整流器的控制信號，需要利用網側電壓的相位進行坐標變換，但是在三相電網電壓頻率偏移時，普通鎖相環存在響應速度慢、鎖相精度差等缺點。參考文獻[5]提出一種改進的鎖相環，即鎖相環輸入是三相電壓的某一相，并在采樣環節前加入了延遲環節，改善了網側電壓電流的同步性。但在電網電壓頻率波動時，鎖相效果不夠理想。參考文獻[6]提出一種基于瞬時無功理論的軟件鎖相環，通過兩次坐標變換，分解電源電壓得到兩部分矢量，最后經過比較、濾波和積分后輸出相位，并將該鎖相環應用到動態電壓恢復器中，動態電壓恢復器獲得了較好的補償效果。目前，將基于坐標變化理論的鎖相環應用在PWM整流器中的文獻還比較少。
本文基于坐標變換理論，提出一種通過電壓矢量變換的數字信號鎖相環，并將其應用在三相PWM整流器中。利用Matlab/Simulink對搭建的三相電壓型PWM整流器模型進行仿真。結果證明，在三相電網電壓頻率偏移時，鎖相環能夠快速鎖定輸入信號的頻率和相位。
1 三相電壓型PWM整流器
1.1 三相電壓型PWM整流器的主電路
圖1為基于新型數字鎖相環的三相電壓型PWM整流器主電路，其中，ua、ub、uc代表交流側三相電壓源電壓，udc為直流側濾波電容C的輸出電壓，ia、ib、ic為交流
2 新型數字鎖相環的結構和控制原理
2.1 數字鎖相環的結構
針對傳統鎖相環[7-9]的缺陷，本文提出一種基于電壓矢量變換的測量方法。首先將三相電壓變換到兩相a-β坐標系中，然后與鎖相環輸出構成一個負反饋閉環控制系統，最后通過調節系統參數達到濾波鎖相的目的。其電路圖如圖2所示。
從仿真結果可以看出數字PLL響應時間很短，系統在前兩個周期時，PI調節器的超調造成了鎖相環不能準確鎖相，但是在t=0.035 s時，輸入信號就很快與輸出信號重疊，即輸入信號頻率相位被鎖定，鎖相效果良好。
圖4所示為整流器仿真波形，其中圖4(a)為整流器網側A相電壓電流波形，可以看出，整流器很快達到單位功率因數運行。圖4(b)為三相電網電壓設定310 V時直流側給定電壓udc為600 V的波形。可見直流電壓紋波系數很小，系統處在穩定運行狀態。由此可知數字鎖相算法的可行性和正確性。
在實際運行中，還會出現三相電網電壓的頻率在工頻50 Hz附近波動的情況。取頻率偏移+0.5 Hz，電網電壓310 V，給定直流電壓600 V時進行仿真。
由圖5(a)可見，普通鎖相環在三相電壓出現頻漂時明顯不能準確鎖相，電流波形失真較嚴重。而從圖5(b)可以看出新型鎖相環則能快速鎖定輸入信號頻率和相位，對電網電壓頻漂有良好的抑制作用。仿真實驗結果驗證了該新型鎖相環在電壓畸變時鎖相的優越性。
本文針對三相電壓型PWM整流器在三相電網電壓頻率偏移時，普通鎖相環響應速度慢、鎖相精度差等缺點，提出了一種基于坐標變換的新型數字鎖相環，并將其應用到三相PWM整流器系統中，實現了對電壓信號的無差跟蹤。這種新型鎖相環實現方法簡單，能夠快速鎖定電源電壓頻率和相位。仿真驗證了理論分析的正確性和可行性。
參考文獻
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