北京交通大学祁永胜、李凯 等：三相电压不平衡下DDSRF-PLL与DSOGI-PLL的锁相误差检测与补偿方法

阅读提示：本文约 1600 字

由于高渗透的分布式电源、多样化的负荷类型以及电网故障等因素，并网点三相电压不仅存在幅值不平衡，而且会出现相位不平衡现象。这种情况下，广泛应用的解耦双同步坐标系锁相环（DDSRF-PLL）和双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）无法获得精确的同步信息。本文基于三相电压不平衡与锁相误差的内在关系提出一种锁相误差补偿方法，可实现幅值和相位不平衡下的准确锁相。所提方法仅需对电压采样值进行简单计算即可获得不平衡相位和锁相误差，实现开环相位补偿，无需修改原有锁相结构，具有良好的拓展性。

研究背景

由于大量非线性负荷的接入、不均衡分配、线路阻抗差异、电网故障和采样等使得并网点电压存在不同程度的谐波污染、三相不平衡以及直流偏置等情况，这对以理想三相电压下的单同步坐标系锁相环为基础的锁相方法造成了较大挑战。

为此，国内外诸多学者基于单同步坐标系锁相环(SSRF-PLL)开展对非理想电压下的锁相研究，如被广泛应用的解耦双同步旋转坐标系锁相环（DDSRF-PLL）和双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）。值得注意的是，由于高渗透的分布式电源与类型多样的负荷共同作用，实际并网点的三相电压不仅在一定程度上存在幅值差异而且还具有相位差异，但这些锁相方法通常却忽略了三相电压相位差异的影响。

针对这些问题，相关研究人员提出利用不平衡相位对锁相误差进行补偿的技术，以实现三相电压相位不平衡下的锁相，但需要引入复杂的滤波结构和繁琐的计算流程，有着计算成本高和不易拓展的特点。

论文所解决的问题及意义

本文提出一种简易可行的不平衡相位检测与锁相误差补偿方法，从理论推导角度揭示了不平衡相位和锁相误差的内在关系，通过不平衡相位检测方法实时获得锁相误差的补偿值，可实现三相电压相位不平衡下的精确锁相。该方法有着较高的补偿精度和良好的拓展性，对相位不平衡下的精确锁相有着一定的实用价值。

论文方法及创新点

本文首先对DDSRF-PLL和DSOGI-PLL两种锁相方法进行了详细的理论推导，表明二者在国标规定的三相不平衡电压工况下的锁相具有理论上的等价性。进而基于锁相的稳态关系获得不平衡相角偏差与锁相误差的函数关系，其特点在于锁相误差曲面近似为平面，且与零平面的交线成轴对称，呈现不平衡相角取值相等时锁相误差为零的特殊情况。为简便计算，同时给出三种锁相误差的近似求解方法。

然后，以A相电压过零点为检测基准，通过对三相电压采样值进行反正弦运算获得B、C两相不平衡相角偏差的检测值。根据相角偏差的检测值送入锁相误差计算公式，进而将锁相误差反向叠加到锁相环的相位估测输出端，便可实现相位不平衡下的精确锁相。该不平衡相角检测与锁相误差补偿方法，仅需简单计算便可实现开环相位补偿，具有良好的拓展性。

结论

本文提出一种三相电压不平衡下的不平衡相位检测与锁相误差补偿方法。在研究过程中有如下结论：

1） 在三相电压相位不平衡时，DDSRF-PLL和DSOGI-PLL两种锁相环具有理论上的等价性，且表明三相电压相位不平衡是导致二者存在固有锁相误差的本质原因。

2） 本文的锁相误差与不平衡相角的内在关系是基于SRF-PLL的稳态特性推导获得，适用于以SRF-PLL为原型的一系列锁相方法，应用范围广。

3） 所提出的不平衡相角检测和锁相误差补偿方法仅需对三相电压的采样值进行简单计算便可实现开环相位补偿，有着计算成本小、易拓展和高补偿精度的特点。

团队介绍

李凯

1988年生，副教授，研究方向为电解制氢变流器、电力电子变压器、模块化多电平变换器以及电气化铁路牵引供电系统。

祁永胜

1995年生，硕士研究生，研究方向为电能质量治理、并网变换器控制技术。

高畅毓

1997年生，博士研究生，研究方向为电力电子变压器和多端口DC/DC变换器。

本工作成果发表在2024年第2期《电工技术学报》，论文标题为“三相电压不平衡下DDSRF-PLL与DSOGI-PLL的锁相误差检测与补偿方法”。本课题得到国家自然科学基金的支持。

引用本文

祁永胜, 李凯, 高畅毓, 薛腾跃, 游小杰. 三相电压不平衡下DDSRF-PLL与DSOGI-PLL的锁相误差检测与补偿方法[J]. 电工技术学报, 2024, 39(02): 567-579.Qi Yongsheng, Li Kai, Gao Changyu, Xue Tengyue, You Xiaojie. Phase Estimation Error Detection and Compensation Method of DDSRF-PLL and DSOGI-PLL under Three-Phase Voltage Unbalance. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(02): 567-579.

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