《電子技術(shù)應(yīng)用》
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新型SPLL在蓄電池充放電裝置中的應(yīng)用研究
來源：電子技術(shù)應(yīng)用2011年第11期
吳 昇1，2，吳先良1，2，廖同慶1
（1.安徽大學(xué) 計算智能與信號處理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥230039； 2.合肥師范學(xué)院，安徽
摘要： 敘述了雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換原理，提出了一種基于此變換的新型鎖相環(huán)(SPLL)設(shè)計方法，闡述了新型SPLL在蓄電池充放電裝置中的具體應(yīng)用方案，該方案能夠在電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變及不平衡條件下利用雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換快速、準(zhǔn)確地鎖定電網(wǎng)電壓相位。根據(jù)該應(yīng)用方案建立的裝置控制策略將大大提高基于可逆PWM整流器的蓄電池充放電裝置的充放電性能和效率。仿真結(jié)果驗(yàn)證了方案的可行性和有效性。
中圖分類號： TM461
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2011)11-0080-04
Research on the application of a novel SPLL in the battery charged and discharged device
Wu Sheng1，2，Wu Xianliang1，2，Liao Tongqing1
1.Ministry of Educational Key Laboratory of Intelligent Computing & Signal Processing，Anhui University, Hefei 230039，China； 2.Hefei Normal University, Hefei 230061，China
Abstract： The convert principle of the double synchronous revolving frame(DSRF) and the design method of a novel SPLL based on DSRF is presented in this paper. The application of a novel SPLL in battery charged and discharged device is introduced, which can make device lock the phrase of power voltage quickly and exactly on the condition of aberration or imbalance. The device control strategy based on the a novel SPLL can advance the performance and efficiency of the battery charged and discharged device based on reversible PWM rectifier. Results from simulation show that the proposed method is feasible and available.
Key words : DSRF；SPLL；battery


    蓄電池作為工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的儲能電源，在生產(chǎn)過程中需要對其進(jìn)行充放電測試。而蓄電池充放電裝置的性能直接影響著蓄電池的技術(shù)狀態(tài)、使用壽命以及對電網(wǎng)的污染程度。這就要求在出現(xiàn)一定程度的電網(wǎng)故障時，蓄電池充放電裝置能夠準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)同步信息，保持良好的充放電效果。
    現(xiàn)階段電網(wǎng)同步信息的捕獲仍較多采用過零比較器，雖然該方法在工程上容易實(shí)現(xiàn)，但鎖相速度和精度十分有限[1-2]。將基于單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的鎖相環(huán)(SPLL)技術(shù)應(yīng)用在蓄電池充放電裝置中，可以有效提高鎖相的速度和精度，但裝置控制系統(tǒng)在鎖相過程中仍然無法使動態(tài)響應(yīng)速度與穩(wěn)態(tài)精度達(dá)到最佳平衡點(diǎn)。
    本文將基于雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換的新型SPLL應(yīng)用在基于可逆PWM整流器的蓄電池充放電裝置中，可實(shí)現(xiàn)裝置控制過程中利用雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換檢測角頻率和相位信息。當(dāng)出現(xiàn)三相電網(wǎng)電壓畸變以及電網(wǎng)電壓不平衡狀況時，裝置控制系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地鎖定電網(wǎng)電壓相位，實(shí)現(xiàn)dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與電網(wǎng)電壓合成矢量的同步，即控制系統(tǒng)具備收斂速度快、相位估計精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特性；同時，通過合理設(shè)計新型SPLL中PI控制器參數(shù)，使其對電網(wǎng)電壓的零負(fù)序分量、諧波、直流偏移也有較好的抑制能力，達(dá)到較為理想的動靜態(tài)特性?；谛滦蚐PLL和蓄電池充放電特性所建立的裝置控制策略將充分提高蓄電池充放電裝置的充放電性能和效率，滿足綠色環(huán)保和節(jié)能減排要求[3]，具有重大的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。


 


功率因數(shù)；然后將估算值p、q與給定值p*、q*比較后輸入PI調(diào)節(jié)器，得到整流器交流側(cè)電壓ud和uq，再經(jīng)兩相dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)/兩相αβ靜止坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換成交流側(cè)電壓矢量uα和uβ，最終利用SVPWM調(diào)制算法，產(chǎn)生6路觸發(fā)脈沖，控制裝置中可逆PWM整流器中開關(guān)器件IGBT的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化、單位功率因數(shù)運(yùn)行、能量雙向流動、輸出電流脈動小等控制目標(biāo)。
3 仿真分析
      使用Matlab/Simulink軟件在電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變情況下，對本文提出的裝置控制策略進(jìn)行了仿真研究，系統(tǒng)的主要仿真參數(shù)如下：交流輸入電壓220 V，交流電感L=1.4 mH，濾波電容C=3 600 μF。仿真波形如圖5所示。

    仿真結(jié)果表明，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變時，裝置控制系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地鎖定電網(wǎng)電壓相位，實(shí)現(xiàn)dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與電網(wǎng)電壓合成矢量的同步。當(dāng)蓄電池充電時，交流側(cè)電壓電流同相位，電流波形平滑且近似正弦波，裝置功率因數(shù)近似為1；當(dāng)蓄電池放電時，交流側(cè)電壓電流相位相反，電流波形平滑且近似正弦波，裝置功率因數(shù)近似為-1。
    本文設(shè)計了一種基于雙同步坐標(biāo)變換的新型SPLL，以保證實(shí)時、快速、準(zhǔn)確地捕獲三相電網(wǎng)電壓同步相位，并將此新型SPLL應(yīng)用于基于可逆PWM整流器的蓄電池充放電裝置。在充分考慮蓄電池充放電特性的前提下，建立了電壓外環(huán)、功率內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)裝置控制策略，使充放電裝置在電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變時，能夠快速、準(zhǔn)確地跟蹤電網(wǎng)電壓相位變化；同時，在蓄電池恒壓充放電時，裝置均能以單位功率因數(shù)運(yùn)行，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)性能好，為蓄電池提供穩(wěn)定可靠的能量轉(zhuǎn)換。
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