[發(fā)明專利]一種用于低次諧波消除的鎖相環(huán)電路

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• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號(hào): CN109861227A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張濤;王曉東;王憲萍;楊林濤;倪喜軍;王嬋瓊;杜娟;張紅日;張高紅;李東;馮錚;王玉森
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司;南京工程學(xué)院
• 主分類號(hào): H02J3/01
• 分類號(hào): H02J3/01
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;張賞

本發(fā)明公開了一種用于低次諧波消除的鎖相環(huán)電路，通過增加特定次諧波和移動(dòng)平均值直流濾波器，可以消除低次諧波和直流分量，提高鎖相環(huán)的鎖相適應(yīng)性，而且濾波器參數(shù)與鎖相環(huán)控制環(huán)節(jié)的參數(shù)相關(guān)性小，不僅提高了鎖相環(huán)的運(yùn)行性能和整定效率，而且僅增加少量的計(jì)算負(fù)擔(dān)；此外，通過MCU內(nèi)置的過零比較器設(shè)置初始化相位，加快了鎖相進(jìn)程，并有效地控制了硬件成本；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境下的精確鎖相，非常適合于包含交直流變換的電力電子變換器領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于低次諧波消除的鎖相環(huán)電路，屬于分布式電力系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，隨著分布式新能源的不斷的接入，并網(wǎng)變流器在配電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越多，其重要依靠鎖相環(huán)準(zhǔn)確獲取電網(wǎng)電壓幅值和相位信息，穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行的特性。然而，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障或大功率波動(dòng)時(shí)，電壓將出現(xiàn)驟升、驟降、三相不平衡、諧波污染等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致鎖相出現(xiàn)錯(cuò)誤。

為克服傳統(tǒng)鎖相環(huán)的缺點(diǎn)，通過同步參考坐標(biāo)系鎖相環(huán)(synchronous referenceframe PLL，SRF-PLL)和一些特定濾波技術(shù)可消除2倍頻和諧波的影響，但效果仍然一般；基于雙同步參考坐標(biāo)系的鎖相環(huán))包含正負(fù)序兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，通過解耦網(wǎng)絡(luò)消除由電壓不對(duì)稱所引起的2倍頻的信號(hào)，但其抑制諧波的能力有限；基于解耦多同步參考坐標(biāo)系(decouple double synchronous reference frame PLL，DDSRF-PLL)包的同步信號(hào)檢測方法，解決了在諧波工況下的這一缺點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)太復(fù)雜。此外，還有一些其他的鎖相環(huán)技術(shù)，但這類鎖相環(huán)的動(dòng)態(tài)性能與鎖相環(huán)的PI參數(shù)或低通濾波器參數(shù)有一定的關(guān)系，復(fù)雜環(huán)境下，參數(shù)的整定較困難。雖然新能源并網(wǎng)變流器對(duì)單個(gè)裝置的直流分量有嚴(yán)格要求，但隨著并網(wǎng)裝置的增多以及直流配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，鎖相環(huán)的直流分量抑制也是近年來鎖相環(huán)技術(shù)的需要解決的新方向。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于低次諧波消除的鎖相環(huán)電路，可以有效克服低次諧波和直流分量對(duì)鎖相環(huán)的影響，提高鎖相精度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種用于低次諧波消除的鎖相環(huán)電路，包括Clarke變換，5次諧波帶通選擇器，7次諧波帶通選擇器，移動(dòng)平均值直流濾波器，二階廣義積分器的正交信號(hào)發(fā)生器，正負(fù)序分離器和鎖相環(huán)；

所述Clarke變換用于將三相配電網(wǎng)采樣電壓V_a,V_b,V_c轉(zhuǎn)化成兩相靜止坐標(biāo)系電壓V_α,V_β；

所述5次諧波帶通選擇器，7次諧波帶通選擇器和移動(dòng)平均值直流濾波器用于挑選并減去V_α,V_β中的5次諧波，7次諧波和直流分量，得到新的兩相靜止坐標(biāo)系電壓V_α1,V_β1，分別作為二階廣義積分器的正交信號(hào)發(fā)生器的輸入信號(hào)；

所述二階廣義積分器的正交信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的90°相角偏移，產(chǎn)生兩個(gè)相互垂直的信號(hào)，在鎖相狀態(tài)時(shí)，產(chǎn)生的一個(gè)信號(hào)與輸入信號(hào)同幅值同相位，產(chǎn)生的另外一個(gè)信號(hào)滯后前述產(chǎn)生的信號(hào)90°且幅值不變，兩組二階廣義積分器的正交信號(hào)發(fā)生器共產(chǎn)生4個(gè)信號(hào)Vα₂,qVα₂,V_β2,qV_β2；

所述正負(fù)序分離器用于分離V_α2,qV_α2,V_β2,qV_β2中的正負(fù)序分量，其中，正序分量輸入鎖相環(huán)；

所述鎖相環(huán)用于跟蹤配電網(wǎng)的頻率和相位，并輸出角頻率。

前述的5次諧波帶通選擇器的傳遞函數(shù)H₅(s)為：