[發明專利]基于統一復數形式構造的單三相通用鎖相方法

有效

• 申請號: 201710248108.6
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN106849183B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 曹武;趙劍鋒;劉康禮;范棟琛;吳木木;尤鋆
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，尤其涉及一種基于統一復數形式構造的單三相通用鎖相方法。

背景技術

電網同步是單相或者三相電力電子并網變流器的關鍵技術，包括可再生能源并網逆變器、有源濾波器、動態電壓恢復器、無功補償裝置等。電網同步的實質是實時得到電網電壓的關鍵信息，三相系統中是基波正序分量，單相系統中是基波分量的三要素信息：幅值、頻率和相位。由這些關鍵信息可以定性并網變流器和電網能量交換的有功和無功，因此準確且快速的得到這些關鍵信息是有效控制并網變流器的前提，特別是電網電壓存在電壓諧波、負序不平衡等污染情況，或者電網電壓發生基波頻率、相位、幅值突變等擾動情況。

電網同步方法有很多，具體可分為兩類：開環方法和閉環方法。

開環方法通過直接運算得到相位信息，如過零點檢測，直接濾波運算等。過零點檢測方法，通過檢測單相電壓波形過零點得到初始相位后，再根據采樣頻率，直接得到各時刻相位。這種方法雖然實現簡單，但是檢測過零點很難精確且易受干擾，并且當電網電壓存在諧波而有多個電壓波形過零點或者當其應用于存在不平衡的三相系統，過零點檢測方法會造成很大誤差。直接濾波方法，如DFT、IIR等，濾波器根據額定基波頻率設計，輸出基波分量瞬時值(單相)或基波正序分量瞬時值(三相)，然后直接通過反正切運算(三相)或兩點法(單相)得出。這種方法不具有頻率自適應能力，當基波頻率與額定基波頻率發生偏差，諧波頻率偏差會與頻次成正比，這樣濾波器輸出會有很大偏差。另外，直接根據濾波器輸出計算相位運算量大且運算抗干擾能力差，容易產生較大的擾動誤差。

閉環方法即PLL方法，通過輸出三要素信息構造量和實際對應量偏差構成閉環系統。這種運算方法抗擾動能力強、運算量少，成為電網同步最有效方法。閉環方法本質上可分為包括基于PD方法和梯度方法兩類。數字PLL是當前最有效的電網同步方法，其基本要求包括快速的動態性能、高精度的靜態性能、良好的穩定性能，同時要求較少的運算量?；赑D(Phase Detector)的三相系統SRF-PLL方法當電網電壓無諧波和不平衡的時候可以滿足基本要求很好的跟蹤三相系統電網電壓基波正序分量相位和頻率，但當存在諧波，特別是存在不平衡時候，其性能不能達到要求，而且這種方法不能用于單相系統。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種基于統一復數形式構造的單三相通用鎖相方法。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于統一復數形式構造的單三相通用鎖相方法，包括單/三相復數形式統一單元、環外廣義濾波單元和閉環鎖相單元。單/三相復數形式統一單元用于對電網電壓信號進行統一復數形式構造；環外廣義濾波單元采用多前向數字復數諧振器構成的閉環結構，用于基波正序分量的無靜差輸出；閉環鎖相單元用于對基波正序分量中的角頻率和相位信息進行跟蹤。具體包括以下步驟：

(1)對電網電壓信號進行統一復數形式構造，將電網電壓信號分解為復平面逆時針旋轉的各次正序分量和復平面順時針旋轉的各次負序分量；

(2)利用多前向數字復數諧振器構成的閉環結構，實現+1諧振頻次，基波正序分量無靜差輸出，其他諧振頻次無靜差濾除；

(3)對基波正序分量中的角頻率和相位信息進行跟蹤。

步驟(1)中三相系統的電網電壓信號統一復數形式構造具體包括：

將三相瞬時電網電壓信號E_ab、E_bc、E_ca進行實數頻域分解和正、負序分解：

其中，ω_n＝nω，ω_-n＝-nω，ω為基波角頻率；θ′_n為三相瞬時電網電壓信號正序分量的初始相位，θ′_-n為三相瞬時電網電壓信號負序分量的初始相位；E_n為電網電壓幅值，E_n、E_-n分別為正序和負序電網電壓幅值，n＝1，2，3......。

通過Clarke變換將三相瞬時電網電壓信號變換為瞬時復數信號：

其中，和分別為三相系統下復平面逆時針旋轉的各次正序分量和復平面順時針旋轉的各次負序分量。

得到：

步驟(1)中單相系統的電網電壓信號統一復數形式構造具體包括：

令將單相瞬時電網電壓信號E′(t)變換為瞬時復數信號：