Clark—Park變換在鎖相環中的應用研究

汪周瑋　陸原　郭素兵

摘 要：鑒相器是鎖相環中的重要組成部分，其設計方法有很多。Clark-Park坐標變換法是三相鑒相器常用的一種設計方法，由于其Park變換存在多種形式，所以對常見的兩種Park變換從算法角度進行分析研究，并通過Simulink環境對鎖相環模型進行仿真分析。

關鍵詞：鎖相環；鑒相器；仿真

中圖分類號：TM761.12

光伏產業蓬勃發展的今天，逆變并網成為學術屆研究的一個熱點，并網中的一個重要環節就是鎖相[1]。三相鑒相器作為鎖相環中的重要組成，其常用的一套設計原理就是Clark-Park變換。但是由于Park變換的形式不統一，使得有人在運用上欠缺考慮，本文從最常見的Park兩種變換出發，明確其變化始末和通過Simulink的仿真分析其對鎖相環的影響。

1 Clark-Park變換原理[2-3]

假設電網三相電壓為：

Clark變換后通用的三相坐標到兩相靜止坐標表達式為：

Park變換，如圖1所示：

圖1中a圖為Park變換的一種，坐標表達式為：

圖1中b圖為Park變換的另一種，坐標表達式為：

（a）Park變換1

（b）Park變換2

其中，靜止坐標α、β的合成矢量角頻率為ω，相角θ=ωt；旋轉坐標q、d的角頻率為ω0，相角θ0=ω0t。

2 基于Clark-Park變換的鑒相器設計

由式（1）（2）（3）得：

三相鑒相器使三相電網輸入與本地震蕩信號作用輸出一個sin（θ-θ0）的信號，從而通過正弦值的正、負或零判斷本地相位比電網相位超前、滯后或同步。將式（1）帶入（5）中有：

uq=sin（θ-θ0） （6）

同理，由圖1中b圖分析得：

uq=-sin（θ-θ0） （7）

由公式（6）和（7）可知，兩種分析得到結果不同，所以由兩種變換設計出的鎖相環器結構也一定不同。

3 Simulink仿真分析[5]

對含Park1、Park2的兩種鎖相環分別建模仿真，仿真結果如圖2所示。

（a）Park1鑒相器輸出

（b）Park2鑒相器輸出

（c）鎖相過程

由圖2中a、b圖所示，兩種鎖相環的鑒相器雖然輸出不同，但在0.04s后均趨于平穩，表明鎖相完成，c圖中，ua與本地信號的確在0.04s后相位同步，即鎖相成功。

4 結束語

根據國家電網標準，鎖相精度在理想范圍內。Park變換的不同對鎖相環鎖相影響不大，只是在搭建模型時需要根據實際選擇變量，不同的Park變換會有不同的硬件結構。

參考文獻：

[1]汪海瑛，白曉民.并網光伏的短期運行備用評估[J].電力系統自動化，2013（05）：55-60.

[2]龔錦霞，解大，張延遲.三相數字鎖相環的原理及性能[J].電工技術學報，2009（10）：94-99.

[3]吉正華，韋芬卿，楊海英.基于dq變換的三相軟件鎖相環設計[J].電力自動化設備，2011（04）：104-106.

[4]林飛，杜欣.電力電子應用技術的MATLAB仿真[M].北京：中國電力出版社，2012.

作者簡介：汪周瑋（1987-），男，河北邯鄲人，碩士研究生，從事太陽能發電研究和電力系統仿真；陸原（1957-），男，江蘇蘇州人，高級工程師，碩士，從事電工理論與新技術；郭素兵（1988-），男，河北邯鄲人，碩士研究生，從事電力電子技術。

作者單位：河北大學，河北保定 071002