[發明專利]基于多倍頻原理的單相鎖相環及幅頻兩維跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 202111574320.4
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114244351A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 孫榮鑫;楊海瞳;何維;袁小明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03L7/093
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 夏倩;李智

本發明公開了一種基于多倍頻原理的單相鎖相環及幅頻兩維跟蹤控制方法，屬于電力系統領域，包括：多倍頻處理模塊，用于對原始信號進行多倍頻處理后輸出相位信息作為控制信號X(t)；誤差計算模塊，用于計算控制相量相對于跟蹤信號的幅值誤差和相位誤差，得到幅值誤差控制信號ΔA_y(t)和相位誤差控制信號Δθ_y(t)；控制相量在α、β軸的投影分別為A_M(t)sinθ_M(t)和A_M(t)X(t)，跟蹤信號的幅值和相位分別為測量幅值A_M(t)和測量相位θ_M(t)；以及跟蹤控制模塊，用于濾除ΔA_y(t)和Δθ_y(t)中的高頻分量，得到多倍頻原始信號相對于跟蹤信號的幅值和相位誤差，并將使誤差為零作為控制目標進行控制，結合幅值、相位初始值，得到新的測量幅值和測量相位，實現對幅值和相位的即時跟蹤。本發明能夠實現準確、快速的鎖相功能。

技術領域

本發明屬于電力系統領域，更具體地，涉及一種基于多倍頻原理的單相鎖相環及幅頻兩維跟蹤控制方法。

背景技術

系統中各設備保持同步是系統穩定可靠運行的根本，更是影響系統工作性能的重要因素。因此，對幾乎所有的并網設備，尤其是電力電子設備，必須持續監測電網電壓信息，包括頻率、相位和幅值，保證輸出電壓與電網同頻同相，實現電網同步運行。

隨著電力電子設備如PWM整流器、靜止無功發生器(SVG)、不間斷電源(UPS)等大規模應用，鎖相環為這些裝置提供電網相位基準，是這些裝置必不可少的環節。根據電力電子設備的不同，電力鎖相環大致可分為三相鎖相環和單相鎖相環，其中，單相鎖相環主要應用于單相并網變換器等單相電力電子設備，且在時限難度上高于三相鎖相環。

目前，已有多種單相鎖相環的實現方案，但是，這些現有的單相鎖相環技術主要存在以下不足：一方面，其環路濾波器難以完全濾除輸入信號的諧波，將在鎖相環輸出信號中產生相位偏移，導致鎖相誤差；另一方面，也有通過過零檢測來獲得輸入信號周期和相位信息，但該方案在每個工頻周期只能進行一次調整，導致鎖相延時時間較長，且諧波的疊加將影響檢測精度，甚至導致鎖相失敗。此外，也有通過構造單相信號的正交信號進行鎖相的方式，但構造單相信號的正交信號的具體方案，目前工程上仍處于探索中。

總的來說，如何抑制因諧波造成的輸出信號相位偏移，并在實際并網系統中減少鎖相延時時間，是一個亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種基于多倍頻原理的單相鎖相環及幅頻兩維跟蹤控制方法，旨在解決實際電力系統中存在的單相鎖相環鎖相相位偏移和延時較長的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于多倍頻原理的單相鎖相環，包括：多倍頻處理模塊、誤差計算模塊以及跟蹤控制模塊；

多倍頻處理模塊，其第一輸入端用于接收單相原始信號U_o(t)＝A(t)cosθ(t)，其第二輸入端用于接收所述跟蹤控制模塊輸出的測量幅值A_M(t)，其用于對原始信號進行多倍頻處理后，輸出相位信息作為控制信號X(t)；

誤差計算模塊，其第一輸入端連接至多倍頻處理模塊的輸出端，其第二輸入端連接至跟蹤控制模塊的輸出端，其用于計算控制相量相對于跟蹤信號的幅值誤差和相位誤差，得到幅值誤差控制信號ΔA_y(t)和相位誤差控制信號Δθ_y(t)；控制相量在α、β軸的投影分別為A_M(t)sinθ_M(t)和A_M(t)X(t)，跟蹤信號的幅值和相位分別為跟蹤控制模塊輸出的測量幅值A_M(t)和測量相位θ_M(t)；