[發(fā)明專利]基于正交相量的自適應(yīng)鎖頻環(huán)的構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010838346.4
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112003609B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊淑英;房佳禹;謝震;劉芳;張興
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03L7/18
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發(fā)明公開了一種基于正交相量的自適應(yīng)鎖頻環(huán)的構(gòu)建方法，屬于信號處理領(lǐng)域。該構(gòu)建方法根據(jù)三相系統(tǒng)的一組正交相量，通過高通濾波去除可能出現(xiàn)的由采樣誤差或數(shù)字運(yùn)算誤差引起的直流分量，并根據(jù)自適應(yīng)原理構(gòu)造參考模型、可調(diào)模型和頻率自適應(yīng)率。本發(fā)明提出的自適應(yīng)鎖頻環(huán)結(jié)構(gòu)簡單、易于工程實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體地說是一種基于正交相量的自適應(yīng)鎖頻環(huán)的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

三相系統(tǒng)廣泛存在于電力工業(yè)中，如同步電機(jī)、電網(wǎng)等。頻率是三相系統(tǒng)的重要參數(shù)，三相系統(tǒng)頻率的獲取在很多應(yīng)用場合具有重要的意義。

目前針對三相系統(tǒng)頻率獲取的學(xué)術(shù)論文中，獲取方法主要分為以卡爾曼濾波器法為代表的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)思想的方法和以同步坐標(biāo)系鎖頻環(huán)為代表的鎖頻環(huán)法。以卡爾曼濾波器法為代表的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)思想的方法通常需要較大的計(jì)算量，難以工程實(shí)施。

題為“基于新型三相鎖頻環(huán)的鎖相技術(shù)”(鄒兵勇,李華,利雅琳,劉俊峰.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2019,31(03):76-82.)的文章。該文通所提方法屬于“三相同步鎖相環(huán)”類型的方案。該類型的方案需要利用三角函數(shù)運(yùn)算將輸入信號變換到同步坐標(biāo)系下，計(jì)算量較大。而且該方案在輸入信號頻率跳變時(shí)，輸出的輸入信號頻率估計(jì)值仍含有超調(diào)量。

題為“電網(wǎng)電壓參數(shù)跳變時(shí)三相并網(wǎng)逆變器的同步方法”(金勝赫,張化光,玄成哲,周建國.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2017,51(05):585-591.)的文章。該文所提方法屬于“濾波器-梯度下降法”類型的方案。該文所提方案無法處理輸入信號中可能由采樣誤差等因素造成的直流分量

綜上所述，對三相系統(tǒng)頻率的獲取，現(xiàn)有技術(shù)中仍然存在以下問題：

1、現(xiàn)有的三相系統(tǒng)鎖頻環(huán)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，計(jì)算量較大，且在輸入信號頻率跳變時(shí)，輸出的輸入信號頻率估計(jì)值中含有超調(diào)量；

2、現(xiàn)有的三相系統(tǒng)鎖頻環(huán)難以處理輸入信號中由采樣誤差等因素造成的直流分量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何減少鎖頻環(huán)的計(jì)算量的前提下，保證鎖頻環(huán)輸出的輸入信號頻率估計(jì)值的響應(yīng)速度并減少超調(diào)量，且抑制輸入信號中由采樣誤差等因素造成的直流分量對輸入信號頻率估計(jì)值的影響。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提供了一種基于正交相量的自適應(yīng)鎖頻環(huán)的構(gòu)建方法，所述自適應(yīng)鎖頻環(huán)適用于三相系統(tǒng)；

對三相系統(tǒng)中三相靜止坐標(biāo)系下的任一組相量信號，首先通過坐標(biāo)變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的一組正交相量信號，然后使用高通濾波器去除由采樣誤差或數(shù)字運(yùn)算誤差造成的直流分量，再利用濾波后的正交相量信號構(gòu)建參考模型、可調(diào)模型和頻率自適應(yīng)率，完成自適應(yīng)鎖頻環(huán)的構(gòu)建；

具體步驟如下：

步驟1，通過采樣，獲得三相系統(tǒng)中三相靜止坐標(biāo)系下的任一組相量信號u_a,u_b,u_c，經(jīng)過坐標(biāo)變換得到兩相靜止坐標(biāo)系下的一組正交相量信號并分別記為超前相量信號u_α1和滯后相量信號u_β1，坐標(biāo)變換公式如下：

步驟2，采用高通濾波器對步驟1得到的超前相量信號u_α1和滯后相量信號u_β1分別進(jìn)行濾波，得到濾波后的超前相量信號u_α和濾波后的滯后相量信號u_β；

令高通濾波器的截止頻率為高通濾波器輸入信號頻率的估計(jì)值，高通濾波器的傳遞函數(shù)G_f的表達(dá)式如下：

式中：

s為拉普拉斯算子；