[發(fā)明專利]一種基于PIR調(diào)節(jié)器的高精度快速寬頻單相軟鎖相環(huán)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710656905.8
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN107528587B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 闞嘯
• 申請（專利權(quán)）人: 西安翌飛核能裝備股份有限公司
• 主分類號: H03L7/107
• 分類號: H03L7/107
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

本發(fā)明公開了一種基于PIR調(diào)節(jié)器的高精度快速寬頻單相軟鎖相環(huán)，該單相軟鎖相環(huán)在傳統(tǒng)單相軟鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上進行改進，其中無功軸變換單元為乘法環(huán)節(jié)，其輸入信號為單相電網(wǎng)電壓和鎖相環(huán)輸出角度θ的cos值，其輸出接低通濾波器的輸入端用于濾除100Hz成份；低通濾波器的輸出信號作為反饋，0給定減去該反饋作為PIR調(diào)節(jié)器的輸入；PIR調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器與100Hz R諧振控制器的并聯(lián)求和結(jié)構(gòu)，PIR調(diào)節(jié)器的輸出與初始頻率值50Hz相加作為積分單元的輸入，積分單元的輸出即為鎖相所得的角度θ，角度θ的cos值再作為無功軸變換單元的輸入之一。本發(fā)明實現(xiàn)了寬頻率范圍、快速、高精度的鎖相。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電氣工程領(lǐng)域，涉及一種單相軟鎖相環(huán)。

背景技術(shù)

單相并網(wǎng)變流器要實現(xiàn)并網(wǎng)運行，首先需要得到電網(wǎng)的相位信息，當前許多的配電網(wǎng)現(xiàn)場變壓器容量很小，因為非線性負載、較大功率負載的接入，會出現(xiàn)電網(wǎng)電壓諧波含量較大、頻率發(fā)生變化等現(xiàn)象。對單相并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定運行產(chǎn)生比較大的影響，這種情況在單相APF、單相SVG、小型單相光伏等設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)場時有發(fā)生。電網(wǎng)頻率發(fā)生變化、諧波含量變大，對于單相并網(wǎng)逆變器首先需要很好的對電網(wǎng)的頻率、相位進行鎖相。同時，相位鎖定的速度、精度都會影響單相并網(wǎng)逆變器的可靠運行。

對于單相電網(wǎng)，當前較為常用的鎖相環(huán)方法有：

1)硬件過零鎖相法，利用硬件電路取電網(wǎng)電壓過零點，利用處理器的捕獲功能實現(xiàn)處理器內(nèi)部的正弦表復(fù)位，進而達到鎖相的目的，此方法在電網(wǎng)電壓諧波較大有多個過零點時會失效，同時在電網(wǎng)電壓頻率發(fā)生變化時因為處理器內(nèi)部的正弦表為固定的50Hz而出現(xiàn)問題。

2)利用成熟的三相系統(tǒng)DQ軸軟鎖相算法，利用單相電網(wǎng)電壓，擬合出其他兩相電網(wǎng)電壓(一個真實電壓和其他兩個擬合電壓為正序關(guān)系)，然后代入三相系統(tǒng)DQ軸軟鎖相算法，即可實現(xiàn)鎖相，此種算法因為永遠不存在負序電壓，所以低通濾波器的截止頻率可以放得比較高，可以獲得較快的響應(yīng)速度。但是此種算法會增加運算量和存儲空間，同時在電網(wǎng)電壓頻率發(fā)生變化時，擬合算法勢必存在之前的歷史信息(一般都是利用數(shù)組對真實單相電壓的瞬時值進行歷史信息記錄實現(xiàn)其他兩相的擬合)，此勢必會影響擬合電壓的準確性，帶來的問題就是鎖相的速度受到影響，鎖相的頻率和相位產(chǎn)生誤差。頻率動態(tài)變化之后的穩(wěn)態(tài)鎖相的誤差會一直存在。

3)單相真實電壓作為α軸，再擬合出β軸，進行常規(guī)的鎖相環(huán)控制，此方法與2)存在相同的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于PIR調(diào)節(jié)器的單相軟鎖相環(huán)，解決了目前鎖相環(huán)較大計算量、存儲量、需要擬合電壓、只能適應(yīng)較窄的頻率范圍的問題。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

基于PIR調(diào)節(jié)器的高精度快速寬頻單相軟鎖相環(huán)，包括無功軸變換單元、低通濾波器、PIR調(diào)節(jié)器和積分單元；所述無功軸變換單元為乘法環(huán)節(jié)，其輸入信號為單相電網(wǎng)電壓和鎖相環(huán)輸出角度θ的cos值，其輸出接所述低通濾波器的輸入端用于濾除100Hz成份；所述低通濾波器的輸出信號作為反饋，0給定減去該反饋作為所述PIR調(diào)節(jié)器的輸入；所述PIR調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器與100Hz R諧振控制器的并聯(lián)求和結(jié)構(gòu)，PIR調(diào)節(jié)器的輸出與初始頻率值50Hz相加作為積分單元的輸入，積分單元的輸出即為鎖相所得的角度θ，角度θ的cos值再作為無功軸變換單元的輸入之一。

在以上方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還進一步作了如下優(yōu)化：

所述低通濾波器采用10ms滑動平均濾波，或者所述低通濾波器為50Hz巴特沃斯濾波器。

所述10ms滑動平均濾波的差分方程為：其中N為數(shù)組大小取250，采樣頻率25K。

所述50Hz巴特沃斯濾波器利用matlab的FDATOOLS得到其Z域傳函，進而轉(zhuǎn)化為差分方程，通過軟件實現(xiàn)。