摘要
电网同步方法可以准确获取电网电压的频率和相位，是实现并网逆变器与电网同步的关键。凭借结构较为简单、频率自适应和具有一定的滤波能力等优点，基于二阶广义积分器的锁相环（SOGI-PLL）得到了广泛运用。值得注意的是，为实现频率自适应，需要将估计角频率引回SOGI，这会导致相位反馈回路和频率反馈回路间的非线性耦合，严重影响了动态性能和弱电网下的鲁棒性。现有研究往往忽略了SOGI-PLL中频率反馈支路的影响，相关失稳机理尚不明晰，复杂电网下的锁相环鲁棒控制方案也相对较少。因此，本文旨在研究SOGI-PLL在高锁相环带宽和高电网阻抗下的不稳定机理并提升其鲁棒性，进而提高整个逆变系统的鲁棒性。 首先，本文分析了SOGI-PLL传统建模方法的不足，指出利用该模型设计的参数可能导致锁相环不稳定。继而，利用谐波线性化建模方法，建立了考虑频率反馈支路影响的SOGI-PLL数学模型。仿真扫频结果表明，相对于以往文献所提模型，在锁相环带宽较高时本文所提的计及频率反馈支路作用的锁相环模型更准确。进而，基于阻抗稳定性判据，明晰了SOGI-PLL各参数对自身及逆变系统稳定性的影响，并进行仿真验证。 接着，基于建立的精确数学模型，综合考虑锁相环自身稳定性、逆变系统稳定性、谐波抑制能力和动态性能，讨论了SOGI-PLL的参数优化选取，并发现实际应用中SOGI-PLL面临参数设计受限的问题。考虑到实际应用中往往在频率反馈支路添加低通滤波器（LPF），本文还讨论了常用的LPF-SOGI-PLL的建模及其参数优化。分析发现只有LPF带宽足够低才能保证系统稳定性，但会显著影响锁相环动态特性。因此，为优化SOGI-PLL，必须削弱SOGI-PLL中频率反馈支路的影响。 然后，借鉴并联频率检测环节方法的思想，提出了一种基于三采样点频率检测方法的改进SOGI-PLL方案，并设计了相关参数。扫频结果表明，该方案大大削弱了原SOGI-PLL的非线性特性，所提方案可在高锁相环带宽、高电网阻抗下稳定工作。与FFSOGI-PLL-WPEC、LPF-SOGI-PLL、TEO-SOGI-PLL和DE-PLL对比，进一步表明了本文所提方案的有效性和优越性。 最后，通过实验验证了考虑频率反馈支路影响的锁相环模型的精确性以及所提改进方案的有效性。
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