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一種電網(wǎng)電壓同步算法srf-pll中的相位突跳變抑制方法及裝置的制造方法

文檔序號:9827908閱讀:1279來源:國知局
一種電網(wǎng)電壓同步算法srf-pll中的相位突跳變抑制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及功率變換器控制領(lǐng)域,特別是涉及電網(wǎng)電壓同步算法SRF-PLL中的電 壓相位突跳變抑制問題。
【背景技術(shù)】
[0002] 在眾多需要與電網(wǎng)并網(wǎng)連接的場合中,如有源濾波、PWM整流器、不間斷電源以及 新型分布式電源等,為了控制并網(wǎng)功率變換器(英文全稱:grid-connected power converters)使其與電網(wǎng)同步運行,都必須檢測電網(wǎng)電壓的幅值、頻率和相位等信息,即提 取電網(wǎng)電壓同步信號。電網(wǎng)電壓同步信號的提取方法在一定程度上影響著控制系統(tǒng)的性 能,進而影響整個系統(tǒng)的并網(wǎng)運行效果。
[0003] 現(xiàn)有的電網(wǎng)電壓同步技術(shù)大多采用的是數(shù)字鎖相環(huán)(英文全稱:phase locked loop,PLL)。鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框如圖1所示,它由鑒相器(英文全稱:phase detect,Η))、環(huán)路濾 波器(英文全稱:loop filter,LF)和壓控振蕩器(英文全稱:voltage-control led oscillator,VC0)三部分組成。Η)模塊產(chǎn)生的輸出信號正比于輸入信號v和PLL輸出信號/ 之間的相角差,在PD輸出信號中,高頻交流分量伴隨著直流相角偏差信號一起出現(xiàn),具體情 況因 ro的類型而異。LF模塊具有低通濾波特性,可以削弱ro輸出中的高頻交流分量,典型的 LF模塊可由一階低通濾波器或PI(英文全稱:proportional integral)控制器構(gòu)成。VW模 塊輸出一個交流信號,該信號的頻率相對于給定的中心頻率ω。進行移動,是LF所提供的輸 入電壓信號Vlf的函數(shù)。當環(huán)路鎖定時,輸入信號V與壓控振蕩器輸出信號W的相位差為零。
[0004] 目前,常用的鎖相環(huán)為基于同步參考坐標系(英文全稱〖synchronous reference frame,SRF) 的PLL(簡稱為:SRF-PLL),其典型結(jié)構(gòu)如圖2所示,其中,SRF-PLL的H)模塊由正交信號發(fā)生 器(英文全稱:Quadrature Signal Generator,QSG)和Park變換兩部分組成,該算法的關(guān)鍵 是如何得到αβ靜止坐標系下的正交分量。對單相系統(tǒng),SP v = Um cos(e) = UmCos (〇)t+ φ), 通常采用二階廣義積分器(英文全稱:second-order generalized integrator,S0GI)或自 適應(yīng)陷波器(英文全稱:adaptive notch filter,ANF)作為QSG;而對于三相系統(tǒng),即Va = Umcos(9)、vb = Umcos(9-120° )、vc = Umcos(0+12O° ),采用Clarke變換或復系數(shù)傳遞函數(shù)可以 很容易地得到αβ靜止坐標系下的正交分量。無論是單相系統(tǒng)還是三相系統(tǒng),得到的αβ靜止 坐標系下的正交分量滿足下式:
[0005]
[0006] 經(jīng)過Park變換后,得到dq旋轉(zhuǎn)參考坐標系下的分量Vd和Vq如下:
[0007]
[0008] 其中,θ'為dq坐標系的旋轉(zhuǎn)角度。
[0009] 再通過閉環(huán)控制將q軸變量控制為零,使dq坐標系的旋轉(zhuǎn)角度θ'等于αβ靜止坐標 系下輸入電壓矢量的相角0,穩(wěn)態(tài)時,dq旋轉(zhuǎn)參考坐標系下d軸分量就表不了輸入電壓的幅 值,而輸入電壓的相角由閉環(huán)輸出決定。
[0010] 由于負載或雷電等因素的影響,作為一種典型故障,電網(wǎng)電壓相角突跳變時有發(fā) 生。此外,在鎖相環(huán)的起始工作階段(英文全稱:the start-up stage),電網(wǎng)初始相角未知, 鎖相環(huán)中積分器的初始狀態(tài)與電網(wǎng)初始相角不一致,也會產(chǎn)生類似相角突跳變的現(xiàn)象。而 對于PLL系統(tǒng),由于輸出頻率和相角處于同一回路,相角突變必然會引起頻率波動,這對于 大多數(shù)負載都是不允許的;同時,輸出幅值也受相角突變的影響,會引起同步輸出信號出現(xiàn) 長時間持續(xù)振蕩的現(xiàn)象。這一不利因素將影響鎖相環(huán)算法的性能,嚴重時甚至造成并網(wǎng)變 換器過壓或過流損壞。
[0011] 雖然,相關(guān)的文獻和技術(shù)針對相角突跳變對鎖相效果的負面影響提出了一些抑制 措施,但往往存在響應(yīng)速度慢、結(jié)構(gòu)復雜、計算量大、通用性不強等問題。
[0012]例如,在現(xiàn)有文獻[1]中,引入了自適應(yīng)積分系數(shù)K1,當檢測到的相角誤差較小時, 使Ki增大,加快系統(tǒng)響應(yīng)速度;而當相角誤差較大時,使Ki減小,從而減小相角突變對輸出頻 率的影響,系統(tǒng)振蕩減小。而實際應(yīng)用中,這種方法會使響應(yīng)速度減慢。
[0013] 再例如,在現(xiàn)有文獻[2]中,針對三相PLL系統(tǒng),通過增加前饋環(huán)節(jié),實時計算出相 角誤差,并以此替代鎖相環(huán)中的中心頻率ω。,可以改善響應(yīng)速度,克服相角跳變的影響。不 過,由于需要再進行Park變換和計算反正切函數(shù),運算量增大,實現(xiàn)較為復雜。
[0014] 現(xiàn)有文獻:
[0015] [I]Karimi-Ghartemani M,Khajehoddin S A, Jain P K,et al. Problems of startup and phase jumps in PLL systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics,2012,27(4):1830-1838·
[0016] [2]Liccardo F,Marino P,Raimondo G.Robust and fast three-phase PLL tracking system[J]. IEEE Transactions Industrial Electronics,2011,58( I):221-231.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點,本發(fā)明的目的在于針對SRF-PLL算法提供一種改 進方法,用于解決在電網(wǎng)電壓鎖相同步過程中輸入電壓相角突跳變對鎖相同步結(jié)果造成負 面影響的問題。
[0018] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的,本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:
[0019] -種電網(wǎng)電壓同步算法SRF-PLL中的相位突跳變抑制方法,所述抑制方法包括:獲 取基于同步參考坐標系的鎖相環(huán)的輸出相角;以及獲取在所述鎖相環(huán)的鑒相器中經(jīng)Park變 換得到的dq旋轉(zhuǎn)參考坐標系下d軸對應(yīng)的電壓分量值,判斷所述電壓分量值的大小:若所述 電壓分量值小于零,則對所述相角增加一個角度I并予以輸出;若所述電壓分量值大于或 等于零,則對所述相角不作改變,直接予以輸出。
[0020]另外,本發(fā)明還提供了一種電網(wǎng)電壓同步算法SRF-PLL中的相位突跳變抑制裝置, 包括:相角相加單元,獲取基于同步參考坐標系的鎖相環(huán)的輸出相角,對所述相角增加一個 角度I并予以輸出;相位校正單元,連接所述相角相加單元,獲取基于同步參考坐標系的鎖 相環(huán)的輸出相角和在所述鎖相環(huán)的鑒相器中經(jīng)Park變換得到的dq旋轉(zhuǎn)參考坐標系下d軸對 應(yīng)的電壓分量值,在判斷所述電壓分量值小于零時,將所述相角相加單元的輸出結(jié)果予以 輸出,而在所述電壓分量值大于或等于零時直接輸出所述相角。
[0021] 另外,本發(fā)明還提供了一種基于同步參考坐標系的鎖相環(huán),至少包括鑒相器、環(huán)路 濾波器及壓控振蕩器,并在所述壓控振蕩器和鑒相器之間設(shè)置一相角反饋回路,且所述相 角反饋回路包括上述抑制裝置。
[0022] 如上所述,本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明能夠在不明顯增加算法結(jié)構(gòu)復 雜度和計算量的前提下,有效解決由于輸入電網(wǎng)電壓相角突跳變引起的鎖相環(huán)同步輸出信 號長時間振蕩問題,且本發(fā)明普遍適用于所有的SRF-PLL算法。
【附圖說明】
[0023]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中一種數(shù)字鎖相環(huán)的原理圖。
[0024]圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中一種基于同步參考坐標系的鎖相環(huán)典型結(jié)構(gòu)原理圖。
[0025]圖3顯示為本發(fā)明中一種電網(wǎng)電壓鎖相同步過程中相位突變的抑制方法的實現(xiàn)流 程圖。
[0026]圖4顯示為本發(fā)明中一種電網(wǎng)電壓鎖相同步過程中相位突變的抑制裝置的原理 圖。
[0027]圖5顯示為抑制裝置應(yīng)用在SRF-PLL中的原理圖。
[0028]圖6a顯示為在參考信號初始相角為135°時不加本發(fā)明裝置的電壓跟蹤波形效果 圖。
[0029]圖6b顯示為在參考信號初始相角為135°時加本發(fā)明裝置的電壓跟蹤波形效果圖。
[0030] 圖7a顯示為在參考信號初始相角為185°時不加本發(fā)明裝置的電壓跟蹤波形效果 圖。
[0031] 圖7b顯示為在參考信號初始相角為185°時加本發(fā)明裝置的電壓跟蹤波形效果圖。 [0032] 元件標號說明
[0033] 40 相位突跳變抑制裝置
[0034] 401 相角相加單元
[0035] 402 相位校正單元
[0036] SlO ~S302 步驟
【具體實施方式】
[0037] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應(yīng)用,本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用,在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是,在不沖突的情況下,以下實施例及實施 例中的特征可以相互組合。
[0038] 需要說明的是,以下實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu) 想,遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的
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