[發明專利]基于改進型串聯信號延遲對消算法的并網同步鎖相方法

有效

• 申請號: 201510747138.2
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105449718B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 杜春水;張承慧;王生飛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發明公開了基于改進型串聯信號延遲對消算法的并網同步鎖相方法，根據單相畸變電網電壓的數學模型，利用靜止坐標系鎖相環方法，提取一相電壓的基波分量信號，并構建正交信號；根據一相電壓的基波分量信號和正交信號構建李亞普諾夫函數，由于李亞普諾夫函數的導數小于零，即系統全局穩定和收斂，得到自適應正交發生器和鎖頻環；利用自適應正交信號發生器和鎖頻環的頻率輸出量，反饋給延遲對消算子，如此電網基波周期T參與延遲算子v_αβ(t?T/n)的實時計算，確保串級延遲對消法在頻率波動時仍對電網基波正序分量進行跟蹤提取，從而實現對電網基波正序信號的準確鎖相。

技術領域

本發明涉及基于改進型串聯信號延遲對消算法的并網同步鎖相方法。

背景技術

受能源危機和環境污染的影響，可再生能源越來越受到人們的重視，在電力系統中的比重也日益增加。由于風力發電、光伏發電等具有很強的隨機性、間歇性，以及負荷變化的不確定性，在弱電網或電網故障時，常常存在電壓跌落、諧波畸變和電網頻率、相位以及幅值的突變。為保證并網型逆變器的可靠安全運行，其控制系統必須能夠快速檢測電網參數變化，并給出準確的信息，以確保系統依照電網標準要求工作。鎖相環可以快速跟蹤電網基波電壓正序的相位、頻率等信息，為網側變換器提供參考依據。因此，鎖相環的性能在可再生能源發電并網系統控制中起到至關重要的作用。

目前最常用的是同步旋轉坐標系法(SRF-PLL)，該方法通過控制同步旋轉變換得到的u_q為零獲得相角和頻率，在理想電網下可以獲得良好的鎖相結果，但在電網電壓出現畸變時，為了消除基波負序和諧波干擾需要降低控制環路的帶寬，嚴重影響系統的動態性能。為了提高鎖相環在畸變電網下的同步性能，許多學者進行了深入研究，提出了多種鎖相環方案。文獻增強型鎖相環(EPLL)，利用三個帶通濾波器獲得三相電壓基波信號及其正交信號，從而可以提取出三相電壓的正序分量，消除負序分量的影響，但是由于采用兩級閉環結構，使得三相系統的動態性能不佳。現有的文獻中根據同步旋轉坐標系法存在的問題提出解耦雙旋轉坐標系法(DDSRF-PLL)，通過坐標變換將正負序分量進行分離，消除不平衡電網中負序分量對鎖相的影響，仍需降低鎖相環帶寬以抑制低次諧波分量引起的相位脈動，無法提升鎖相環的動態性能。文獻一種改進的滑動平均濾波器法，利用滑動平均濾波器消除同步旋轉坐標系u_q分量中的諧波和負序分量干擾后，引入頻率和相角檢測環節，在電網諧波不平衡、相角跳變、頻率波動時獲得了快速和精確的鎖相結果，但頻率反饋、線性插值處理和濾波器離散化設計和實現復雜，運算量大。現有的文獻中利用串聯延遲對消算子消除基波負序分量和諧波分量在u_q中引起的脈動，其中單個對消算子可以一次濾除多個頻率的諧波，響應速度快，適用范圍廣，但在頻率未知或變化下，獲得的相角和幅值無法滿足需求。為保證在輸入信號出現頻率波動時的鎖相效果，需要設計頻率反饋通道。文獻多重二階積分法(MSOGI)，利用鎖頻環對基波的頻率實時跟蹤，通過多回路并聯反饋解耦濾除三相電壓中的諧波成分，再采用對稱分量分析法提取基波正序分量鎖相，該方法基于靜止坐標系，省略了控制環路，但其正交發生器的設計需要在穩態和動態性能間做出折衷。文獻一種靜止坐標系鎖相環(FRF-PLL)，根據待測頻率的三相不平衡電網的數學模型，構建自適應正交發生器和基于Lyapunov方法設計的鎖頻環，對正負序分量解耦并鎖相，基于模型的設計使其在不平衡電網下獲得了良好的鎖相效果，但在電網電壓波形畸變情況下，需要利用并聯結構改善鎖相性能。

發明內容

為解決現有技術存在的不足，本發明公開了基于改進型串聯信號延遲對消算法的并網同步鎖相方法，結合串聯延遲對消法的基本鎖相原理，設計了一種改進型三相電網同步方法，包含鎖頻環為延遲對消算子提供反饋，消除電網頻率波動、高頻諧波對鎖相帶來的誤差。

為實現上述目的，本發明的具體方案如下：

基于改進型串聯信號延遲對消算法的并網同步鎖相方法，包括以下步驟：