[發明專利]基于虛擬三相算法的頻率自適應單相鎖相環

有效

• 申請號: 201811459573.5
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109547016B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 王浩;舒杰;吳昌宏;張繼元
• 申請（專利權）人: 中國科學院廣州能源研究所
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03L7/081;H03L7/091;G05B13/04;G05B11/42
• 代理公司: 廣州科粵專利商標代理有限公司 44001
• 代理人: 莫瑤江;朱聰聰

本發明涉及一種基于虛擬三相算法的頻率自適應單相鎖相環，基于虛擬三相算法構造單相信號的另外兩相信號，所得的虛擬三相信號通過正序dq變換所得q軸分量的閉環控制對單相系統的電網電壓進行數字鎖相。為消除電網電壓頻率變化的影響，通過虛擬三相信號經負序dq變換所得q軸分量的閉環控制，調節虛擬三相算法的相關基頻參數以自適應電網電壓頻率變化。該鎖相環實現單相系統的精確鎖相，可應用于分布式光伏等可再生能源并網發電領域，提高電力電子變流器控制性能，改善可再生能源發電系統并網點的電能質量。

技術領域

本發明涉及電力電子變流器技術領域，特別是涉及一種基于虛擬三相算法的頻率自適應單相鎖相環。

背景技術

電力電子變流器是光伏、風電等可再生能源發電系統的關鍵設備，是光伏、風電與電網/微網母線相連接的電力電子接口，其性能好壞直接影響到并網點的電能質量。當光伏、風電等發電系統并網運行時，對電網/微網母線電壓的相位鎖定是實現電力電子變流器準確控制的基礎，所采用的鎖相技術好壞直接影響變流器的性能。在電力電子變流器鎖相技術中，三相系統的鎖相技術已十分完善，但單相系統的鎖相技術仍需進一步研究。

目前單相系統的鎖相技術主要是過零檢測和基于構造正交信號的數字鎖相方法。其中，過零檢測方法存在無法實時檢測工頻周期內相位變化、以及檢測精度受諧波影響大的缺陷；基于構造正交信號的數字鎖相方法存在正交信號構造延時長、相位鎖定速度慢、受輸入信號頻率變化影響大的不足。

發明內容

基于此，有必要提供一種基于虛擬三相算法的頻率自適應單相鎖相環，基于虛擬三相算法構造單相信號的其它兩相信號，形成對稱的三相信號后進行正序dq變換，所得的q軸分量通過閉環控制被控為零，同時該閉合控制輸出用于調節鎖定相位的變化量，以實現電網電壓相位鎖定。為消除輸入信號的頻率變化對鎖相環精度的影響，引入了基于負序dq變換所得q軸分量的閉環控制，通過該控制調節虛擬三相算法相關基頻參數以適應電網電壓的頻率變化。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

基于虛擬三相算法的頻率自適應單相鎖相環，其包括：

虛擬三相算法模塊，用于將采樣所得的單相電網電壓v_G通過虛擬三相算法得到abc坐標系下的虛擬三相信號v_{GA_v}、v_{GB_v}和v_{GC_v}。

在虛擬三相算法模塊中，虛擬三相算法其本質是單相的采樣信號通過移相的方式構造出對稱的三相信號，使后續模塊能夠采用三相系統的數字鎖相方法，以實現低延時、快速的電網電壓相位鎖定。

虛擬三相信號v_{GA_v}、v_{GB_v}和v_{GC_v}獲取方法為：v_{GA_v}直接采用電網電壓采樣信號v_G數值；v_{GC_v}通過v_{GA_v}延遲60°后取相反數獲得；v_{GB_v}通過v_{GA_v}與v_{GC_v}分別取相反數后加和獲得。

延遲60°環節通過一階慣性環節實現，可將固定頻率的信號相位滯后60°且幅值保持不變，輸入與輸出的傳遞函數如式(1)所示：

式中：s為拉氏變換復參數，f為需延遲60°信號的基頻，在本發明中為電網電壓頻率。因在具體實施中無法準確預測電網電壓頻率，可定義f＝k·50Hz，其中k為頻率調節系數，在本發明中來自參數調節模塊，利用閉環控制產生系數k，調節延遲60°環節作用的基頻參數，以保證延遲60°環節對相位和幅值的作用不因電網電壓頻率變化而改變。