4.2 鎖相迴路系統的模擬與驗證
4.2.2 不平衡三相電壓與高頻雜訊之模擬結果
為探討電網端的三相電壓發生不平衡的狀況以及發生高頻雜訊時對不同控制方法 的差異，讓原本三相的電壓在 0.1 秒時加入了正向序及負向序的雜訊其頻率分別為基頻 的七倍及十一倍且雜訊的電壓震幅大小分別為 0.15 及 0.05 標么，並且在 0.15 秒時讓 三相電壓發生型態為 E 之三相不平故障，其三相分別為 1 標么、06 標么、0.6 標么，其 三相電壓波形如圖 4.18 所示。
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圖 4.18 不平衡且參有雜訊的三相電壓
三相電壓在不平衡故障時鎖相迴路的系統主要是利用雙通用積分器以及順時對稱 分量法來濾除負向序的電壓分量，而這種方式除了可以濾除不平衡故障造成的諧波外，
有些特定頻率的雜訊也會因此而消除，僅剩下一些基頻之特定倍數的諧波。因為如此不 平衡故障的發生在不同的控制中彼此的差異並不是很大，差別僅在於短暫的穩定過程中，
但雙通用積分器無法濾除的高頻雜訊則必須由控制器來抑制其效果，以提升估測相位及 頻率的準確度。
圖 4.19 和 4.20 分別為比例積分回授控制、虛擬微分回授控制以及自適性調整之比 例積分回授控制在不平衡故障及含有高頻雜訊的三相電壓時其相位誤差及頻率誤差的 結果。比例積分控制器所選擇之參數的高頻抑制能力僅是在恰好符合規格要求的設計。
虛擬微分回授控制及自適性調整之比例積分控制的高頻抑制能力則是較好，而且因不平 衡造成的暫態響應也有較好的表現。
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圖 4.19 不平衡及高頻雜訊下不同控制器相位誤差結果
圖 4.20 不平衡及高頻雜訊下不同控制器估測頻率之結果
圖 4.21 和圖 4.22 則是 Q 參數化的控制對於電壓不平衡及含有雜訊的狀況下相位誤 差和估測頻率的結果。對於 Q 參數化的設計而言，由於不平衡的干擾暫態較短暫所以在 圖 4.21 中對於電壓發生不平衡故障時 Q 參數化的兩種設計方式其響應速度和比例積分 回授控制差不多。在高頻雜訊的抑制能力方面，由於 Q 參數化的設計在前一節設計參數 時對於高頻雜訊的抑制僅有符合規格內的設計而已，因此高頻抑制能力和比例積分控制 相似。
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圖 4.21 不平衡及高頻雜訊下 Q 參數相位誤差之結果
圖 4.22 不平衡及高頻雜訊下 Q 參數估測頻率之結果
不同的控制器對於電壓發生不平衡故障及受高頻雜訊的干擾的響應結果整體的比 較如表 4.7 所示，其中除了誤差絕對值積分和誤差平方積分作為不同系統間的比較外，
另外利用總諧波失真值(Totally harmonic distortion)(4.1)比較高頻雜訊經過控制器 在估測相位上的抑制能力，由表中的數值可以了解在不平衡故障和高頻雜訊的情況下，
虛擬微分回授控制和自適性調整之比例積分回授控制對高頻抑制的效果較佳。
THD =∑𝑛𝑛=1(𝑉𝑛+2+ 𝑉𝑛−2)
𝑉12 (4.1)
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表 4.7 不平衡故障與高頻雜訊對各個控制器的影響
控制方式 IAE ISE THD
比例積分回授控制 1.713 × 10−3 8.449 × 10−5 4.31 % 虛擬微分回授控制 1.167 × 10−3 5.786 × 10−3 4.12 % 自適性調整比例積分回授
控制
1.715 × 10−3 8.453 × 10−3 4.03 %
一維自由度 Q 參數化設計 1.589 × 10−3 7.426 × 10−5 4.31 % 二維自由度 Q 參數化設計 1.589 × 10−3 7.345 × 10−5 4.31 %