[發(fā)明專利]并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710464982.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN107257136B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐琳;林瑞星;楊華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/26;H02J3/01
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 梁田

本發(fā)明公開了一種并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)及控制方法，所述并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)包括：Clark變換模塊，對(duì)并網(wǎng)變流器輸出的三相電壓信號(hào)進(jìn)行Clark變換；延時(shí)消除模塊，對(duì)αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓進(jìn)行延時(shí)消除；Park變換模塊，根據(jù)初始輸出相位對(duì)消除延時(shí)后的αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓進(jìn)行Park變換；PI調(diào)節(jié)器，對(duì)q軸信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)；積分模塊，對(duì)電網(wǎng)電壓估計(jì)值進(jìn)行積分處理以獲得初始輸出相位；放大模塊，對(duì)頻率調(diào)節(jié)誤差進(jìn)行放大處理以獲得相位補(bǔ)償量；疊加模塊，對(duì)初始輸出相位和相位補(bǔ)償量進(jìn)行疊加處理以獲得最終輸出相位。本發(fā)明提供的并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)及控制方法，能夠在系統(tǒng)電壓不平衡或畸變時(shí)準(zhǔn)確地獲得并網(wǎng)變流器輸出電壓的基波頻率和相位信息。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

隨著新能源發(fā)電、微網(wǎng)、高壓直流輸電等交直流混合系統(tǒng)的發(fā)展，作為功率交換接口的電力電子變流器在電力系統(tǒng)中得到越來越多的使用。并網(wǎng)變流器作為一類重要的電力電子裝置，主要包括用于基波應(yīng)用的風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)逆變器、光伏并網(wǎng)逆變器、靜止無功發(fā)生器和用于電網(wǎng)諧波治理的并聯(lián)電力有源濾波器。

電網(wǎng)電壓在理想狀態(tài)下是三相對(duì)稱的，但在實(shí)際電網(wǎng)中，常會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)電壓三相不平衡，包括正常性的小值不平衡與故障性的暫態(tài)不對(duì)稱電壓跌落。很小的不平衡電壓將造成并網(wǎng)變流器的電流高度不平衡與畸變，進(jìn)而導(dǎo)致直流側(cè)母線電壓發(fā)生振蕩，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。工作穩(wěn)定、響應(yīng)迅速的基波頻率和相位跟蹤系統(tǒng)是確保并網(wǎng)變流器穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，目前大多采用工頻軟件鎖相算法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的基波頻率和相位實(shí)時(shí)檢測(cè)，此種方法抗干擾性強(qiáng)，無需高精度高精密元件就能獲得理想的檢測(cè)精度。與電網(wǎng)正常運(yùn)行下的控制策略相類似，并網(wǎng)變流器在電網(wǎng)不平衡狀態(tài)下的內(nèi)環(huán)控制主要有電流控制和直接功率控制兩種，通常采用抑制有功功率二倍頻脈動(dòng)來消除直流側(cè)母線電壓二次諧波為控制目標(biāo)的風(fēng)機(jī)控制策略。然而，必要的正負(fù)序分量分離所帶來的延時(shí)將使電流反饋量存在幅值與相位誤差，影響整個(gè)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的是并網(wǎng)變流器輸出正負(fù)序分量分離所帶來的延時(shí)使電流反饋量存在幅值與相位誤差、導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能差的問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)，包括：Clark變換模塊，用于對(duì)并網(wǎng)變流器輸出的三相電壓信號(hào)進(jìn)行Clark變換以獲得αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓；延時(shí)消除模塊，用于對(duì)αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓進(jìn)行延時(shí)消除以獲得消除延時(shí)后的αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓；Park變換模塊，用于根據(jù)初始輸出相位對(duì)消除延時(shí)后的αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓進(jìn)行Park變換以獲得d軸信號(hào)和q軸信號(hào)；PI調(diào)節(jié)器，用于對(duì)q軸信號(hào)進(jìn)行PI調(diào)節(jié)以獲得電網(wǎng)電壓估計(jì)值和頻率調(diào)節(jié)誤差；積分模塊，用于對(duì)電網(wǎng)電壓估計(jì)值進(jìn)行積分處理以獲得初始輸出相位；放大模塊，用于對(duì)頻率調(diào)節(jié)誤差進(jìn)行放大處理以獲得相位補(bǔ)償量；疊加模塊，用于對(duì)初始輸出相位和相位補(bǔ)償量進(jìn)行疊加處理以獲得最終輸出相位。

本發(fā)明提供的并網(wǎng)變流器輸出鎖相環(huán)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確快速地提取基波正序電壓的幅值、相位以及頻率，精度和動(dòng)態(tài)特性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)鎖相算法。并且，本發(fā)明提供的系統(tǒng)可以通過軟件編程實(shí)現(xiàn)，抗干擾性強(qiáng)；通過采用閉環(huán)控制，穩(wěn)定性高，跟蹤速度較快，暫態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于20ms，鎖相頻率范圍較為寬泛，約45～60Hz，不受系統(tǒng)電壓的諧波和瞬時(shí)跌落等工況的干擾，為并網(wǎng)變流器提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)同步相位信號(hào)。

可選的，所述延時(shí)消除模塊的傳遞函數(shù)其中，n＝2^m且m為正整數(shù)，s為復(fù)數(shù)頻率，e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)單位，T＝0.02秒。

可選的，所述放大模塊的放大系數(shù)

可選的，所述延時(shí)消除模塊的傳遞函數(shù)其中，m為大于1的正整數(shù)，s為復(fù)數(shù)頻率，e為自然常數(shù)，j為虛數(shù)單位，T＝0.02秒。由于電網(wǎng)電壓的諧波含量頻譜較廣，對(duì)αβ坐標(biāo)系下的兩相電壓進(jìn)行多次延時(shí)消除處理可以進(jìn)一步改善濾波性能。