news 2026/1/18 8:15:48

单同步坐标系锁相环(SSRF-PLL)及多种锁相环Simulink仿真研究

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张小明

前端开发工程师

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单同步坐标系锁相环(SSRF-PLL)及多种锁相环Simulink仿真研究

锁相环simulink仿真,1:单同步坐标系锁相环(ssrf-pll),2:对称分量法锁相环(ssrfpll上面加个正序分量提取),3:双dq锁相环(ddsrf-pll),4:双二阶广义积分锁相环(sogi-pll),5:sogi-fll锁相环,6:剔除直流分量的sogi锁相环的simulink仿真 可提供仿真数据和自己搭建模型时的参考文献,仿真数据仅供参考

最近在搞电网同步实验,手头攒了六个不同姿势的锁相环模型。直接上干货,咱们从最经典的SSRF-PLL开始盘。玩过PLL的都知道,这货核心就是坐标变换+PI调节器。Simulink里直接拖个abc-dq变换模块,后面接个环路滤波器,关键在PI参数调试。实测发现当Kp=80,Ki=3000时,50Hz电网能在0.02秒内锁定,不过谐波环境下就露怯了。

进阶版是带正序分量提取的SSRF-PLL。这里有个骚操作——在abc坐标系前加了个对称分量法模块。用MATLAB Function搭的正序计算器长这样:

function [v_alpha_pos, v_beta_pos] = pos_seq(v_abc) a = exp(1j*2*pi/3); T = [1 a a^2; 1 a^2 a]; V_seq = T * v_abc / 3; V_pos = [real(V_seq(1)); imag(V_seq(1))]; % 坐标变换代码... end

实测发现这招能让锁相环在电压跌落时保持稳定,但动态响应会比原版慢15%左右。

双dq结构(DDSRF-PLL)特别适合处理三相不平衡电网。模型里并排摆着两个dq变换模块,一个转+ωt另一个转-ωt。调试时发现交叉解耦的系数得精确设置,否则会出现相位抖动。仿真数据表明,在20%电压不平衡度下,相位误差能控制在1度以内。

说到SOGI-PLL,这个正交发生器真是神器。Simulink里用Transfer Function模块搭的二阶结构:

s = tf('s'); H_sogi = k*w*s / (s^2 + k*w*s + w^2);

这个k值调到0.7左右最舒服,既能快速跟踪又不会振铃。实测频率阶跃响应比传统PLL快30%,但遇到直流偏移直接扑街。

于是有了SOGI-FLL这个变种,在模型里多挂了个频率自适应环。核心是这组方程:

epsilon = v_alpha*v_beta' - v_beta*v_alpha'; freq_update = gamma * epsilon;

调gamma参数像在走钢丝——设大了频率乱抖,小了跟踪迟钝。实测最佳值在0.3~0.5之间,动态过程比固定频率版稳得多。

最后折腾的除直流SOGI-PLL,在反馈环里塞了个移动平均滤波器。用MATLAB Function实现的直流剔除:

dc_block = x - mean(buffer(1:end)); % buffer保存最近N个采样点

窗口长度N设20ms时,能在50ms内消除2%直流分量影响。不过代价是相位会有约5度的滞后,得在环路滤波器里补偿回来。

所有模型都实测过突加10%谐波、30%电压跌落、±2Hz频偏等工况。仿真数据包里有各结构的相位误差对比曲线,参考文献扔了篇《IEEE Trans. Power Electron》的对比论文。要模型的兄弟留言区自取,记得仿真步长别超过50us,不然数值振荡教你做人。

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