[發明專利]一種消除二倍頻分量影響的單相鎖相環

在審

• 申請號: 202110661753.7
• 申請日: 2021-06-15
• 公開（公告）號: CN114039595A
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 袁莉芬;安定國;何怡剛;尹柏強;李兵;佐磊
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085;H02J3/44
• 代理公司: 合肥市上嘉專利代理事務所(普通合伙) 34125
• 代理人: 郭華俊

本發明公開了一種消除二倍頻影響的單相鎖相環，包括消除二倍頻的鑒頻模塊與相角估計模塊。所述二倍頻消除鑒頻模塊通過數學處理產生一個無二倍頻影響的鑒頻信號，再將該鑒頻信號輸入到含PI控制和積分器的相角估計模塊中，通過相角估計模塊對鎖相環的實時相角進行估計。本發明的鎖相環設計了鑒頻模塊與相角估計模塊，達到了消除鎖相環穩態時二倍頻分量對鎖相結果的影響，同時保證了鎖相環動態響應的性能。本發明用于非理想電網條件下的在線準確估計。

技術領域

本發明屬于電氣工程電力電子技術領域，涉及一種自適應并網變流器單相軟鎖相環，尤其是一種基于正交信號發生的電網電壓軟鎖相環。

背景技術

由于電力電子接口在電網中數量激增，電網內的諧波以及直流偏移將更容易地干擾電能變換時的同步。因此，準確獲取非理想電網狀態下的同步信息具有重要的工程價值。其中，鎖相環技術是獲取電網同步信息的技術之一。

現有技術中，采用硬件單相鎖相環會使成本提升，在電網過零點使會產生誤判現象。軟件實現的鎖相環較為容易實現，其中比較容易實現的有基于二階廣義積分和基于延時模塊產生正交信號以輔助鑒頻的鎖相環技術。但是基于二階廣義積分的鎖相環的計算量較大，而基于延時模塊在信號頻率發生偏移時，鎖相環進入鎖相的穩態后的會有較大的二次波動，不利于同步信息的檢測。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提出一種消除二倍頻分量影響的單相鎖相環。改進了傳統基于延時信號在鎖相穩態時二倍頻分量對電網電壓鎖相結果的影響，并提升了鎖相環動態響應的快速性。

本發明提供的單相鎖相環，包括：設計消除二倍頻的鑒頻模塊。輸入信號進入消除二倍頻的鑒頻模塊后可以輸出一個無二倍頻分量影響的鑒頻信號。設計相角估計模塊。將PI控制模塊中積分器處理后的信號和整個相角估計模塊的輸出信號輸入到二倍頻消除鑒頻模塊中。所述的單相鎖相環實現方法，按照如下的步驟：

步驟1，根據工程條件確定鎖相環選擇阻尼系數ζ，為鎖相環的工作帶寬ω_n，代入公式中確定比例積分器的工作參數。具體地，通過以下的數學公式確定k_p、k_i參數

步驟2，對采樣得到的單相電網電壓進行標幺，并將標幺結果送入消除二倍頻的鑒頻模塊1進行計算。

步驟3，將鑒頻模塊1的輸出信號v_pq輸入相角估計模塊2中進行計算。

步驟4，將相角估計模塊2中積分器的輸出量Δω_o和相角估計模塊輸出的相角估計值θ_o作為反饋量送入消除二倍頻的鑒頻模塊1中。

本發明的具體結構與原理如下：

一種消除二倍頻分量影響的單相鎖相環,包括2個模塊：消除二倍頻的鑒頻模塊1和相角估計模塊2。所述消除二倍頻的鑒頻模塊1，負責將輸入信號進入消除二倍頻的鑒頻模塊后可以輸出一個無二倍頻分量影響的鑒頻信號。所述相角估計模塊2，負責將 PI控制模塊中積分器處理后的信號和整個相角估計模塊的輸出信號輸入到二倍頻消除鑒頻模塊中。

使用時，系統的輸入信號v_i(t)輸入消除二倍頻的鑒頻模塊1。經過消除二倍頻的鑒頻模塊1處理后所獲得并輸出的任意頻率下不含二倍頻分量的信號v_dq(t)傳遞至相角估計模塊2。

相角估計模塊2中比例積分控制器中積分環節輸出的計算量Δω_o，用于估計輸入頻率的變化，該數值反饋至消除二倍頻的鑒頻模塊1。

進一步說，所述的二倍頻消除鑒頻模塊1產生一個無二倍頻影響的鑒頻信號。然后將該鑒頻信號輸入到含PI控制和積分器的相角估計模塊中，通過相角估計模塊2的計算實現對鎖相環的實時相角進行估計的功能。