[發明專利]一種自適應并網變流器單相軟鎖相環

有效

• 申請號: 201210364353.0
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102904568A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 郭海平;王躍;李志剛;李計亮;董曉;張樂強;許崇福;張長松
• 申請（專利權）人: 西安奧特迅電力電子技術有限公司;深圳奧特迅電力設備股份有限公司;西安交通大學
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085;H03L7/099
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 車寧華

技術領域：

本發明屬于電氣工程領域，涉及一種自適應并網變流器單相軟鎖相環，尤其是一種基于自適滑動窗濾波器的電網電壓軟件鎖相環。

背景技術：

并網變流器（PWM整流器、光伏、風電、APF、SVG等）正常工作需要獲得準確電網相位信息，在低電壓穿越等需要快速精確得到電網正負序的場合顯得尤為重要。目前的鎖相環有：電壓過零點鎖相，主要是通過檢測電網電壓過零點來獲取電網相位信息，這種方法一般采用硬件電路實現，在電壓畸變大的時候存在多次過零，會導致鎖相失敗；環路濾波器采用PI控制鎖相環，這種方法是把模擬硬件鎖相環方法應用在軟件中，有鎖相速度和消除二次紋波的矛盾，無法很好解決，這種鎖相環的結構如圖1所示；基于同步坐標系鎖相環，主要是通過基波電壓構造一個三相電壓，然后通過坐標變換變換到同步坐標系下，將d軸或者q軸電壓控制為零，來實現電網相位的鎖定，典型結構如圖2所示，這種方法比較大諧波時候會有比較大的鎖相誤差；雙DQ坐標系鎖相環，這種方法也是構造三相電壓，然后通過兩次坐標變換來效率電網負序電壓對同步坐標系鎖相環的影響，是一種改進的同步坐標系鎖相環，但此種方法計算比較復雜，而且對頻率的變化適應性差，對相位的動態跟蹤性能差；基于數字陷波器的軟鎖相環，這種方法本質上也是消除電網負序電壓對同步坐標系鎖相環的影響，同樣，此種方法相對比較復雜，占用較多的計算資源，而且對諧波的消除效果較差。

并且由于單相鎖相環的特殊結構，鎖相環的輸出鑒相器的會有比較大的二次波動，進而導致鎖相環鎖定的相位會產生二次波動，同樣若電網電壓中存在比較大的諧波，也會使得鎖相環產生基波整數倍的波動。如果采用傳統鎖相方法，環路濾波器用PI調節器，若選取大的調節系數，鎖相速度會快，但鎖相輸出波動大，結果不準確；若選取小的調節系數，雖然波動會減小，但是鎖相速度會大大降低，難以滿足低電壓穿越等要求。

發明內容：

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種自適應并網變流器單相軟鎖相環，改進了鎖相環的環路濾波器，達到了在穩態時候完全二次紋波對電網電壓鎖相結果的影響，同時也保證了鎖相的快速性，可以在保證鎖相環動態性能的情況下，消除二次紋波以及諧波電壓的影響。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

一種自適應并網變流器單相軟鎖相環，包括鑒相器、低通濾波器、一個自適應滑動平均濾波器和PID調節器組成的環路濾波器、積分模塊：所述鑒相器為乘法鑒相器，其輸入信號為電網電壓和鎖相環輸出角度的三角函數，其輸出信號送入到滑動平均濾波器；滑動平均濾波器的輸入信號為鑒相器的輸出和低通濾波器的輸出，輸出信號送入到PID調節器；PID調節器的輸入信號為滑動平均濾波器的輸出信號，輸出信號送入低通濾波器和積分模塊；低通濾波器的輸入信號為PID調節器的輸出，其輸出信號為鎖相環得到的電網電壓頻率，送入到滑動平均濾波器；積分模塊的輸入信號為PID調節器的輸出，其輸出信號為鎖相環得到的電網電壓相位，送入到鑒相器的輸入端進行鎖相閉環。

所述環路濾波器由自適應滑動平均濾波器和PID調節器組成。

所述自適應滑動平均濾波器和環路濾波器根據鎖相環的輸出頻率進行自適應的調節。

發明的有益效果

本發明的自適應并網變流器單相軟鎖相環改進了鎖相環的環路濾波器，達到了在穩態時候完全二次紋波對電網電壓鎖相結果的影響，同時也保證了鎖相的快速性，可以在保證鎖相環動態性能的情況下，消除二次紋波以及諧波電壓的影響。

采用本發明后：穩態時候鎖相環的頻率精度滿足《GBT?19862-2005電能質量監測設備通用要求》對電網頻率的偏差小于0.01Hz，同時快速性能滿足《GBT?19939-2005光伏系統并網技術要求》能在0.2s內檢測到頻率變化超過標準的要求。

附圖說明：

圖1為傳統的單相軟鎖相環結構圖；

圖2為傳統的基于同步坐標系的單相鎖相環結構示意圖；

圖3為本發明的的鎖相環結構圖；

圖4為采用本發明的的電網電壓波形圖；

圖5為本發明鎖相環和傳統鎖相環頻率響應對比圖；其中圖5-1是本發明鎖相環頻率響應圖，其中圖5-2是傳統DQ單相鎖相環頻率響應圖；

圖6為采樣頻率為10kHz，窗長度為50Hz的滑動平均濾波幅頻特性圖。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：