专利名称：一种基于旋转坐标系的高效bang-bang软件锁相环的制作方法
技术领域：
本发明涉及电工技术及非线性控制技术。本发明适合于新能源并网发电，特别是 太阳能，风能并网发电。
背景技术：
现有电网锁相技术，有过零检测及硬件专用锁相芯片。软件锁相则以快速傅立叶 变换(FFT)为代表。硬件电路除了增加电路复杂度外，设计应用上也不够灵活。FFT算法复 杂且动态响应差，适合于图像数据处理等应用，在并网锁相上除占用大量DSP资源外，也难 以满足系统动态要求。考虑到并网同步的特殊性，即电网频率变化范围通常为50Hz士 1%， 以及要求锁相有较高的实时性，本发明提出了一种高效，高速的软件锁相算法，只需要四个 乘法及通过逻辑判断进行四象限定位，便可快速跟踪电网电压实现频率及相位锁定，且由 于算法等价于旋转坐标下直流低通滤波，故有较好的抗干扰性能。
发明内容
本发明为一种Bang—Bang调节的软件锁相算法。根据电网电压构造出一个空间向 量巧；并令其角频率为Qci，初始相位角为Qtl，再构造一个由(ω，θ)构成的旋转坐标系，并 选一对正交基Uq = [cos(i i + θ), sin( i + 6)]Od = [- sin(iyi + θ), cos(iy/ + θ)]做叉积V0xOq= aK ψ0 xOd=bK茇的方向由右手法则确定，而a，b的符号组合决定了&与Cd的位置关系，即对于以 Cd为横轴的坐标系下的象限位置。若&落于II，III象限，则将Gd旋转180° ；若&落于I 象限则实施一个-S的角增量，若&落于IV象限，则实施一个+ δ的角增量。从而可使Pd 快速、稳定地跟踪f。,即ω跟踪ω^，θ跟踪θ ^，从而实现锁相。本发明的核心内容是，通过构造旋转坐标系及实施叉积，将常规数字鉴相器及数 字滤波器的繁复算法，转化为旋转坐标系下低频脉动的直流量，通过实施Bang-Bang调节 实现低通滤波，可以高效高速地实现锁相。具体实施方法设闭环频率为fs，电网电压频率为fe，旋转坐标系角增量使之与电网同步， 则由
f Λ ,.得到Δ炉.2;r fs-^φ = α '2πJs
Α 50。 100^·由于，fG= 50 士 5 故可设 Δζ30=
JsJs构造向量<formula>formula see original document page 4</formula>
设电网电压为U1 = VmSin (ω 0t+ θ Q)，则可通过微分电路得到U2 = VmCOS(co。t+e。)。进一步的，设 V1 =SinOy + 氏)= v2=cos(aot + 0o) = ^ ,
‘mm
其中Fm =LPF^ux2 ^u21)即由Ju12+U22经低通滤波得到。在此构造K =[Vl，V2;| 分别做叉积巧x%，及P。,并令K = A , V0xOd =猛由叉积公式可知 α = ψ01 · \\0q I -sina = sin cc ,b = ||f01| · || 7, || sin/ = sin β将Crf定为横轴由 β = cot+ θ -ω0 - θ 0 = 2 π t (f-f0) + ( θ - θ 0),且f与&相差很小(< 5% )故α及β表现为低频脉动的直流量，因而可对其 实施低通滤波，得到 aQ = LPF(sina)，bQ = LPF (sin β)由a = sina可知，当sina > 0时巧位于左半平面，否则右半平面；由b = sin β 可知，当sin β >0时巧位于上半平面，否则位于下半平面。得到下面的状态表
Γ^ Γ^
+ 1 1 +
U1 位置 1 IV如果。位于II，III象限，说明两个向量相距很远，故可以将Pd直接旋转180° ；若 η位于第I象限，说明仏超前K ,应当减小若位于第IV象限，则应加大Δ炉。若f。连续出 现位于II，III象限的情况，则说明脱网或电网异常。
^ A 50 ^对于Λ的调节量δ，若采用等步长，应该满足S〉、^=^〗;^最好选择
φfs
5 = 2Δ钓；若采用不等步长，应使最大步长弋 >么外以保证α收敛至0。若巧第二次落入II，III象限，应使调节量δ加倍；加倍后仍然无效，证
明电网信号消失或偏离允许范围。由/5._ = /^2 2_得到/ =㈣，即
ω = 27cf = fs · LPF(Ji(p)。由迭代公式饩+ι U ^k，得到sin外,Cosp0 ’ sin钓 ’ cos仍 ’......，sin外，cos外,对<formula>formula see original document page 5</formula>做低通滤波，得到<formula>formula see original document page 5</formula>至此，实现了对角频率及初始相位角的 锁定。 本算法在保证同等锁相精度的前提下，运算时间只有常规PI算法的三分之一左 右，为DSP节约了大量的运算资源。在飞思卡尔的32MIPS的DSP上，其执行时间小于5微秒。
权利要求
一种用于太阳能、风能等可再生能源并网的Bang-Bang锁相控制算法。构造一个由(ω，θ)生成的二维线性空间，并选取可以证明与构成了一组标准正交基。若设电网电压角频率为ω0，初始相角为θ0，且电压幅值为Vm，那么可以构造一个向量分别做叉积及并令则根据a，b的符号便可确定与的相对位置关系。以作为横轴构造一个坐标系，则若位于I，IV象限，则以Bang-Bang方式调节ω；若落于II，III象限，则将旋转180°。从而跟踪进而实现软锁相。F2009101273217C0000011.tif,F2009101273217C0000012.tif,F2009101273217C0000013.tif,F2009101273217C0000014.tif,F2009101273217C0000015.tif,F2009101273217C0000016.tif,F2009101273217C0000017.tif,F2009101273217C0000018.tif,F2009101273217C0000019.tif,F2009101273217C00000110.tif,F2009101273217C00000111.tif,F2009101273217C00000112.tif,F2009101273217C00000113.tif,F2009101273217C00000114.tif,F2009101273217C00000115.tif,F2009101273217C00000116.tif,F2009101273217C00000117.tif
2.如权利要求1所述的。向量，可以由下列方式构造。正弦分量由电网电压直接测量 而得U1 = VfflSin (ω 0t+ θ 0)；余弦分量可由硬件微分电路实现，或由存储器ul的值移位四分 之一周期实现。
3.如权利要求1所述得Crf跟踪 ,是基于下下述的Bang-Bang调节，即若超前。，则 减慢Pd旋转角速度；反之则加大其旋转角速度。
全文摘要
一种用于太阳能、风能等可再生能源并网的Bang-Bang锁相控制算法。通过构造旋转坐标系及实施叉积，将常规数字鉴相器及数字滤波器的繁复算法，转化为旋转坐标系下低频脉动的直流量，通过实施Bang_Bang调节实现低通滤波，可以高效高速地实现锁相。
文档编号H02J3/38GK101826730SQ20091012732
公开日2010年9月8日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者古俊银 申请人:英伟力新能源科技(上海)有限公司