专利名称：一种用于三相交流电网的锁相系统及其方法
技术领域：
本发明涉及锁相技术，尤其涉及一种三相交流电网的锁相系统及其锁相方法。
背景技术：
当前，随着科技的发展和人们物质生活的极大丰富，伴随而来的能源和环境问题也日趋严重。因而，可再生能源的开发利用已成为解决上述问题的热门研发方向，例如，风力发电以其清洁和环保等特性而当之无愧地作为多类可再生能源其中之一。现有的风电系统主要采用双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)，它以背靠背式双脉宽调制电压源型逆变器作为主控制系统，该逆变器包括一网侧变换器和一转子侧变换器(或称为机侧变换器)。在正常运行条件下，电网中只存在基波正序电压，采用常规的电压过零检测或锁相环(PLL，Phase Locked Loop)技术即可方便地得到电压同步信号作为控制基准。然而，在实际电网中，风电系统里的并网逆变器、有源滤波器、无功补偿装置等集中应用，往往导致负载不平衡或单相、两相对地短路等不对称故障，从而引起电网电压不对称。具体来说，针对DFIG风电系统,一方面，由于电网电压不对称时,定子电压和定子电流除了正序分量外还包括负序分量，而传统的比例积分电流调节器无法实现对正序分量以及负序分量的同时控制，因而，很小的定子电压不平衡都将会引起很大的定子电流不平衡和电磁转矩、有功功率波动，进而导致DFIG运行性能恶化。另一方面，在对DFIG的各种变流器进行控制时，经常需要用到电压交流量的相位和幅值，因而锁相技术是关键环节之一。当三相电网因发生故障而导致电网不平衡时，电网电压包括正序分量和负序分量，为了准确地得到电网电压的相位信息，就必须将其负序分量分离出来，得到纯粹的正序分量进而基于该正序分量进行锁相，但是现有的锁相电路设计无法完全分离上述负序分量，而且对于电网不平衡时的电网电压中所包含的干扰量并没有采取必要的分离措施。有鉴于此，如何设计一种用于三相交流电网的锁相系统，通过该锁相系统主动分离出电压信号中的干扰量，进而得到干净的基波正序分量并用于精确锁相，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
发明内容
针对现有技术中三相交流电网的锁相系统存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于三相交流电网的锁相系统及其方法。依据本发明的一个方面，提供了一种用于三相交流电网的锁相系统，其中，该锁相系统包括一输入模块、一第一分离模块和一第二分离模块。该输入模块用于接收三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压VgHda和Vfide，每路电压包括正序分量和负序分量。该第一分离模块用于将一第一待分离量经由α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换来得到d轴上的正序分量dp()S以及q轴上的正序分量qp()S，然后将d轴上的正序分量dpos通过d_q坐标系到α-β坐标系的坐标变换来输出与每路电压相对应的正序分量Vaptjs和V0p()S。该第二分离模块用于将一第二待分离量经由α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换以及d_q坐标系到α-β坐标系的坐标变换来输出与每路电压相对应的负序分量Vaneig和V0ne;g。其中，第一分离模块和第二分离模块耦合成一闭环反馈，该第二分离模块采用闭环补偿得到负序分量，并消除所述第一分离模块中的误差，使所述第一分离模块分离出正序分量以便进行锁相。优选地，该锁相系统还包括一第一叠加模块和一第二叠加模块。该第一叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至输入模块，第二输入端电性连接至第二分离模块的输出端，以及该第一叠加模块的输出端电性连接至第一分离模块的输入端，该第一叠加模块用于接收每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第一叠加信号作为上述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端。该第二叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至第一分离模块的输入端，第二输入端电性连接至第一分离模块的输出端，以及该第二叠加模块的输出端电性连接至第二分离模块的输入端，该第二叠加模块用于接收上述第一叠加信号以及正序分量，并将叠加后的信号作为上述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。优选地，该锁相系统还包括一第三叠加模块和一第四叠加模块。该第三叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至输入模块，第二输入端电性连接至第二分离模块的输出端，以及该第三叠加模块的输出端电性连接至第一分离模块的输入端，该第三叠加模块用于接收每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第二叠加信号作为上述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端。该第四叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至输入模块，第二输入端电性连接至第一分离模块的输出端，第三输入端电性连接至第二分离模块的输出端，以及该第四叠加模块的输出端电性连接至第二分离模块的输入端，其中，该第四叠加模块用于接收每路电压以及各自的正序分量和负序分量，并将叠加后的信号作为上述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。优选地，该第一分离模块还包括一低通滤波器，用于对d轴上的正序分量dpos进行低通滤波处理。更优选地，上述第一分离模块还包括一第一调节器、一比较单元以及一积分器，该第一调节器与该比较单元相连接，以及该比较单元与积分器相连接，其中，q轴上的正序分量qp()S经由第一调节器耦接至比较单元的一输入端子，一预设频率信号连接至比较单元的另一输入端子，将二者进行比较后再经由积分器输出正序分量的相位角度Θ p0sO在一优选实施例中，将积分器输出的正序分量的相位角度Qptjs分别输入至第一分离模块的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。在另一优选实施例中，将与积分器输出的正序分量的相位角度相对应的相位角度分别输入至第二分离模块的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。优选地，第二分离模块还包括一第二调节器，用于对干扰量进行补偿。优选地，第一调节器或第二调节器为比例积分调节器或比例积分微分调节器。优选地，该锁相系统应用于风力发电系统或太阳能发电系统。依据本发明的另一个方面，提供了一种用于三相交流电网的锁相方法，包括:
a)接收三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压VgHda和VgHde，每路电压包括正序分量和负序分量；b)将一第一待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d_q坐标系/ α- β坐标系的坐标变换，得到与所述每路电压相对应的正序分量Vaptjs和Veptjs ；c)将一第二待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d_q坐标系/a -β坐标系的坐标变换，得到与所述每路电压相对应的负序分量VaMdPV0Mg ;以及d)将所述每路电压与相应的正序分量Vaptjs和Veptjs、负序分量Vamg和Veneg进行叠加，以分离出所述每路电压中的干扰量，并对所述干扰量进行补偿。优选地，该锁相方法还包括:提供一给定为零的参考干扰量；将所述参考干扰量与所述每路电压中的干扰量进行做差从而得到一误差信号，并通过一调节器对所述误差信号进行补偿，以消除误差；以及将补偿后的信号经由d-q坐标系/ α _β坐标系的坐标变换来得到所述负序分量Vamg和Ve胃。优选地，锁相方法还包括第一叠加步骤，用于接收所述每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第一叠加信号作为所述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端；以及接收所述第一叠加信号以及所述正序分量，并将叠加后的信号作为所述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。优选地，锁相方法还包括第二叠加步骤，用于接收所述每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第二叠加信号作为所述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端；以及接收所述每路电压以及各自的正序分量和负序分量，并将叠加后的信号作为所述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。优选地，步骤b还包括滤波步骤，用于对经由a - β坐标系/d-q坐标系的坐标变换得到的d轴上的正序 分量dp()S进行低通滤波处理。更优选地，步骤b还包括相位角度产生步骤，用于将经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换得到的q轴上的正序分量qp()S与一预设频率信号进行比较，并对比较结果进行积分处理后得到所述正序分量的相位角度Θ 0
pos °优选地，将所述正序分量的相位角度分别输入至第一分离模块中的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。优选地，将与所述正序分量的相位角度相对应的相位角度-Θ pos分别输入至第二分离模块的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。优选地，步骤c还包括调节步骤，用于对所述干扰量进行调节。优选地，调节步骤由一比例积分调节器(PI)或一比例积分微分调节器(PID)来执行。采用本发明中用于三相交流电网的锁相系统及方法，通过第一分离模块将第一待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d-q坐标系/α-β坐标系的坐标变换得到电网电压相对应的正序分量，以及通过第二分离模块将第二待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d-q坐标系/α-β坐标系的坐标变换得到电网电压相对应的负序分量，从而能够精确地得到电网电压的正序分量和负序分量。另外，负序分量的分离过程采用闭环补偿方式，且该分离过程与正序分量的锁相相互加强，可使整个锁相过程快速收敛，进而能迅速得到纯净的正序分量，提高了锁相精度。
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式
以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，图1示出依据本发明一个方面的用于三相交流电网的锁相系统的结构示意图；图2示出图1的锁相系统的一优选实施例的结构框图；图3示出图2的锁相系统中的第一分离模块的结构示意图。图4示出图2的锁相系统中的第二分离模块的结构示意图；图5示出图1的锁相系统另一优选实施例的结构框图；以及图6示出依据本发明另一个方面的用于三相交流电网的锁相方法的程序流程图。
具体实施例方式为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。在对本发明的多个具体实施方式
进行描述之前，为方便起见，不妨将从三相交流电网的三相电压转换为两路电压的转换方式简称为从abc坐标系到α-β坐标系的坐标变换，或称为“预变换”;将从α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换简称为“第一坐标变换”;以及将从d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换简称为上述第一坐标变换的逆变换,或称为“第二坐标变换”。本领域的普通技术人员应当理解，术语“第一”、“第二”等词语仅仅用来表示名称，并不表示任何特定的顺序，除非文中加以特别说明。下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式
作进一步的详细描述。图1示出依据本发明一个方面的用于三相交流电网的锁相系统的结构示意图。参照图1，该锁相系统包括一输入模块10、一第一分离模块12和一第二分离模块14。其中,输入模块10接收三相交流电网的三相电压，并通过预变换将其转换为两路电压。例如，当三相交流电网不平衡时，预变换后的每路电压不再只包括正序分量，而是包括正序分量和负序分量。如前所述，这里的以负序分量为主的干扰量对于分离出干净的正序基波分量影响极大，而本发明的锁相系统主要解决干扰量的主动分离问题，进而基于干净的正序基波分量来精确锁相。第一分离模块12将一第一待分离量依次经由第一坐标变换和第二坐标变换来得到与每路电压相对应的正序分量。第二分尚模块14将一第二待分尚量依次经由第一坐标变换和第二坐标变换来得到与每路电压相对应的负序分量，其中，第一分离模块12和第二分离模块14构成一闭环反馈，例如，第一分离模块12的输出端通过节点Ρ2连接至第二分离模块14的输入端，并且第二分离模块14的输出端通过节点Pl连接至第一分离模块12的输入端。在一具体实施例中，第一待分离量包括该电压的正序分量和至少一部分干扰量，经过第一分离模块的分离处理后，输出信号包括该电压的正序分量以及相对较少一部分的干扰量；经过节点Ρ2后,第一待分尚量中的正序分量和至少一部分干扰量减去该正序分量和相对较少一部分的干扰量，并将剩余的干扰量作为第二待分离量送入第二分离模块14进行分离。在该闭环反馈到达平衡后，第一分离模块12所输出的即为干净的正序分量，进而实现精确锁相。需要指出的是，图1中带箭头的各直线仅为示意性的信号路径，并非用来说明信号的数量。例如，进入输入模块10的电网电压信号包括三相交流电网不平衡时的三相电压Ua、Ub和U。，而由输入模块10输出的电压信号为预变换后的两相电压Vfida和VgHde。相应地，节点Pl和节点P2包括与两路电压VgHda和VgHde匹配的第一分节点和第二分节点，在后文的图2和图5中将进一步予以说明。在一具体实施例中，节点Pl和/或节点P2对应地可设置为矢量运算单元，如加法器、减法器或叠加电路等。本领域技术人员应能理解，上述节点Pl和/或节点P2的设计形式仅为举例，其他现有的或今后可能出现的节点Pl和/或节点P2的设计形式如可适用于本发明，也应包含在本发明保护范围以内，并以引用方式包含于此。在另一具体实施例中，该锁相系统应用于风力发电系统。在另一具体实施例中，该锁相系统应用于太阳能发电系统。这是因为，在风力发电系统或太阳能发电系统中，需要通过并网变频器将发电系统并入三相交流电网，而三相交流电网不平衡时，现有方案中基于正序分量来进行锁相并不准确，这将使变流器发生故障，严重时甚至可能烧毁变流器。有鉴于此，本发明的锁相系统通过主动分离电网电压中的干扰量，进而得到干净的正序分量，既可以提升锁相速度，又可以提高锁相精度。图2示出图1的锁相系统的一优选实施例的结构框图。参照图2，该锁相系统包括一输入模块20、一第一分离模块22、一第二分离模块24、一第一叠加模块26和一第二叠加模块28。在图2所示的锁相电路中，输入模块20、第一分离模块22和第二分离模块24分别与图1所示的输入模块10、第一分离模块12和第二分离模块14相同或相似，为描述简便起见，故此处不再赘述，并通过引用方式包含于此。第一叠加模块26包括节点P261和节点P262，其中，节点P261对应于电压VgHda，节点P262对应于电压Vgride。具体地，第一叠加模块26具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，例如，第一输入端电性连接至输入模块20，第二输入端电性连接至第二分离模块24的输出端，以及输出端电性连接至第一分离模块22的输入端，并且第一叠加模块26接收每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第一叠加信号作为第一待分离量而输出至第一分离模块22的输入端。S卩，电压Vgiida和它的负序分量Vamg送入节点P261，从而输出与Vgrida相对应的第一待分尚量；以及电压Vgride和它的负序分量V0neg送入节点P262，从而输出与VgHde相对应的第一待分离量。类似地，第二叠加模块28包括节点P281和节点P282，其中，节点P281对应于电压Vgrida，节点P282对应于电压Vgride。具体地，第二叠加模块28具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，例如，第一输入端电性连接至第一分离模块22的输入端,第二输入端电性连接至第一分离模块22的输出端，以及输出端电性连接至第二分离模块24的输入端，并且第二叠加模块28接收第一叠加信号以及所述正序分量，并将叠加后的信号作为第二待分离量而输出至第二分离模块24的输入端。S卩，第一待分离量和它的正序分量Vaptjs送入节点P281,从而输出与VgHda相对应的第二待分尚量；以及第一待分尚量和它的正序分量Vfipos送入节点P282,从而输出与VgHde相对应的第二待分离量。
从图2可知，第一待分离量进入第一分离模块22进行分离处理，其处理结果经由叠加模块28进入第二分离模块24 ;与此同时，第二待分离量进入第二分离模块24进行分离处理，其处理结果经由叠加模块26重新进入第一分离模块22，从而构成一闭环反馈。应当了解，当第二分离模块24对电网电压所包含的干扰量进行补偿后，第一分离模块22所输出的即为干净的正序基波分量。也就是说，只要叠加单元26和/或叠加单元28中有干扰量存在，通过第一分离模块22和第二分离模块24各自的分离处理，就可将干扰量主动分离出来，进而得到干净的正序分量。图3示出图2的锁相系统中的第一分离模块的结构示意图。参照图3，第一分离模块22经由第一坐标变换后，分别得到d轴上的正序分量dp()S和q轴上的正序分量qp()S。在一具体实施例中，第一分离模块还包括一低通滤波器221，对d轴上的正序分量dpos进行低通滤波处理，并将低通滤波处理后的滤波信号进行第二坐标变换，并得到第二坐标变换后的正序分量Vaptjs和Vep()S。由此可知，采用低通滤波器221进行滤波处理后，可将第一待分离量经第一坐标变换后可能含有的干扰量进行一定程度的滤除。对于q轴上的正序分量qp()S来说,该第一分离模块22还包括一第一调节器223、一比较单元以及一积分器225，其中，第一调节器223与比较单元相连接，以及该比较单元与积分器225相连接。例如，第一调节器223可以为一比例积分调节器(PI)或一比例积分微分调节器(PID)。具体地，q轴上的正序分量qp()S经由第一调节器223耦接至比较单元的一输入端子，一预定的频率信号连接至比较单元的另一输入端子，将二者进行比较后再经由积分器225输出正序分量的相位角度θ_。此外，在得到该正序分量的相位角度后，将积分器225输出的正序分量的相位角度Θ pos分别输入至第一分离模块22中的第一坐标变换的变换过程以及第二坐标变换的变换过程。与此同时，将与积分器225输出的正序分量的相位角度相对应的相位角度-Θ pos分别输入至第二分离模块24中的第一坐标变换的变换过程以及第二坐标变换的变换过程。图4示出图2的锁相系统中的第二分离模块的结构示意图。参照图4，该第二分离模块还包括一第二调节器，对第一坐标变换后的变换结果进行调节。优选地，该第二调节器包括调节器241和调节器243，其中，调节器241用于对d轴上的信号进行调节，以及调节器243用于对q轴上的信号进行调节。具体地，可以将参考干扰量预先给定为零，然后对第二分离模块24中第一坐标变换后的干扰量经由上述第二调节器进行调节。在一实施例中，调节器241和243为一比例积分调节器(PI)或一比例积分微分调节器(PID)。图5示出图1的锁相系统的另一优选实施例的结构框图。参照图5，该锁相系统包括一输入模块50、一第一分离模块52、一第二分离模块54、一第一叠加模块56和一第二叠加模块58。在图5所不的锁相系统中，输入模块50、第一分离模块52和第二分离模块54分别与图1所示的输入模块10、第一分离模块12和第二分离模块14相同或相似，为描述简便起见，故此处不再赘述，并通过引用方式包含于此。第一叠加模块56包括节点P561和节点P562，其中，节点P561对应于电压VgHda，节点P562对应于电压Vgride。具体地，第一叠加模块56具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，例如，第一输入端电性连接至输入模块50，第二输入端电性连接至第二分离模块54的输出端，以及输出端电性连接至第一分离模块52的输入端，并且第一叠加模块56接收每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第二叠加信号作为第一待分离量而输出至第一分离模块52的输入端。S卩，电压VgHda和它的负序分量Vamg送入节点P561,从而输出与Vgrida相对应的第一待分尚量；以及电压Vgride和它的负序分量V0neg送入节点P562，从而输出与Viffide相对应的第一待分离量。类似地，第二叠加模块58包括节点P581和节点P582，其中，节点P581对应于电压Vgrida，节点P582对应于电压Vgride。具体地，第二叠加模块58具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端和一输出端，例如，第一输入端电性连接至第一分离模块52的输入端，第二输入端电性连接至第一分离模块52的输出端，第三输入端电性连接至第二分离模块54的输出端，以及输出端电性连接至第二分离模块54的输入端，并且第二叠加模块58接收每路电压以及各自的正序分量和负序分量，并将叠加后的信号作为第二待分离量而输出至第二分离模块54的输入端。需要指出的是，图3以及图4分别示意性地说明了图2的锁相系统中的第一分离模块22和第二分离模块24的结构框图，然而，在本发明图5所示的锁相系统中，图3以及图4的第一分离模块22和第二分离模块24同样也适用于第一分离模块52和第二分离模块54，并且以引用方式包含于图5所示的实施例中。图6示出依据本发明另一个方面的用于三相交流电网的锁相方法的程序流程图。在该锁相方法中，首先，执行步骤Si，接收三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压Vgrida和￥^(10，每路电压包括正序分量和负序分量。然后，在步骤S2中，将两路电压VgHda和Vfide依次经由做差、第一坐标变换和第二坐标变换进行滤波，得到与每路电压相对应的正序分量Vaptjs和V0P()S。接着，在步骤S3中，将两路电压Vgrida和Vgride依次经由第一坐标变换、调节器和第二坐标变换，得到与所述每路电压相对应的负序分量最后，将每路电压与相应的正序分量Vaptjs和Veptjs、负序分量Vamg和Vemg进行叠加，以分离出每路电压中的干扰量，并对干扰量进行补偿。在对干扰量进行主动补偿时，较佳地，该锁相方法还包括步骤:提供一给定为零的参考干扰量；将参 考干扰量(如，零给定)与每路电压中的干扰量进行做差从而得到一误差信号，并通过一调节器对该误差信号进行补偿，以消除误差；以及将补偿后的信号经由第二坐标变换得到负序分量Vamg和Ve胃。采用本发明中用于三相交流电网的锁相系统及方法，通过第一分离模块将第一待分离量依次经由第一坐标变换以及第二坐标变换得到电网电压相对应的正序分量，以及通过第二分离模块将第二待分离量依次经由第一坐标变换以及第二坐标变换得到电网电压相对应的负序分量，从而能够精确地得到电网电压的正序分量和负序分量。另外，负序分量的分离过程采用闭环补偿方式，且该分离过程与正序分量的锁相相互加强，可使整个锁相过程快速收敛，进而能迅速得到纯净的正序分量，提高了锁相精度。上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式
。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式
作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
权利要求
1.一种用于三相交流电网的锁相系统，其特征在于，所述锁相系统包括: 一输入模块，用于接收所述三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压Vgiida和Vgride，每路电压包括正序分量和负序分量； 一第一分离模块，用于将一第一待分离量经由α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换来得到d轴上的正序分量dpos以及q轴上的正序分量qp()S，然后将所述d轴上的正序分量dpos通过d-q坐标系到α -β坐标系的坐标变换来输出与所述每路电压相对应的正序分量Vapos和V.;以及 一第二分离模块，用于将第二待分离量经由α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换来输出与所述每路电压相对应的负序分量Vamg和 Vfineg ； 其中，所述第一分离模块和所述第二分离模块耦合成一闭环反馈，所述第二分离模块采用所述闭环补偿得到负序分量，并消除所述第一分离模块中的误差，使所述第一分离模块分离出所述正序分量以便进行锁相。
2.根据权利要求1所述的锁相系统，其特征在于，所述锁相系统还包括: 一第一叠加模块，具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，所述第一输入端耦接至所述输入模块，所述第二输入端耦接至所述第二分离模块的输出端，以及所述输出端耦接至所述第一分离模块的输入端，所述第一叠加模块用于接收所述每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第一叠加信号作为所述第一待分离量而输出至所述第一分离模块的输入端；以及 一第二叠加模块,具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端,其中,所述第一输入端耦接至所述第一分离模块的输入端，所述第二输入端耦接至所述第一分离模块的输出端，以及所述输出端耦接至所述第二分离模块的输入端，所述第二叠加模块用于接收所述第一叠加信号以及所述正 序分量，并将叠加后的信号作为所述第二待分离量而输出至所述第二分离模块的输入端。
3.根据权利要求1所述的锁相系统，其特征在于，所述锁相系统还包括: 一第三叠加模块，具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，所述第一输入端耦接至所述输入模块，所述第二输入端耦接至所述第二分离模块的输出端，以及所述输出端耦接至所述第一分离模块的输入端，所述第三叠加模块用于接收所述每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第二叠加信号作为所述第一待分离量而输出至所述第一分离模块的输入端；以及 一第四叠加模块，具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端和一输出端，其中，所述第一输入端耦接至所述输入模块，所述第二输入端耦接至所述第一分离模块的输出端，所述第三输入端电性连接至所述第二分离模块的输出端，以及所述输出端耦接至所述第二分离模块的输入端，其中，所述第四叠加模块用于接收所述每路电压以及各自的正序分量和负序分量，并将叠加后的信号作为所述第二待分离量而输出至所述第二分离模块的输入端。
4.根据权利要求1所述的锁相系统，其特征在于，所述第一分离模块还包括一低通滤波器，用于对所述d轴上的正序分量dp()S进行低通滤波处理。
5.根据权利要求4所述的锁相系统，其特征在于，所述第一分离模块还包括一第一调节器、一比较单元以及一积分器，所述第一调节器与所述比较单元相连接，以及所述比较单元与所述积分器相连接，其中，所述q轴上的正序分量qpos经由所述第一调节器耦接至所述比较单元的一输入端子，将一预设频率信号连接至所述比较单元的另一输入端子，将二者进行比较后再经由所述积分器输出所述正序分量的相位角度Θ pos0
6.根据权利要求5所述的锁相系统，其特征在于，将所述积分器输出的所述正序分量的相位角度分别输入至所述第一分离模块中的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。
7.根据权利要求5所述的锁相系统，其特征在于，将与所述积分器输出的所述正序分量的相位角度相对应的相位角度-θ_分别输入至所述第二分离模块中的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α 坐标系的坐标变换过程。
8.根据权利要求1所述的锁相系统，其特征在于，所述第二分离模块还包括一第二调节器，用于对所述干扰量进行调节。
9.根据权利要求5或8所述的锁相系统，其特征在于，所述第一调节器或第二调节器包括一比例积分调节器或一比例积分微分调节器。
10.根据权利要求1所述的锁相系统，其特征在于，所述锁相系统应用于风力发电系统或太阳能发电系统。
11.一种用于三相交流电网的锁相方法，其特征在于，该锁相方法包括以下步骤: a)接收三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压VgHda和VgHde，每路电压包括正序分量、负序分量； b)将一第一待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d-q坐标系/α-β坐标系的坐标变换,得 到与所述每路电压相对应的正序分量Vaptjs和Veptjs ； c)将一第二待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d-q坐标系/α-β坐标系的坐标变换，得到与所述每路电压相对应的负序分量Vamg和Vemg ；以及 d)将所述每路电压与相应的正序分量Vaptjs和Veptjs、负序分量Vaneg和V0neig进行叠加，以分离出所述每路电压中的干扰量，并对所述干扰量进行补偿。
12.根据权利要求11所述的锁相方法，其特征在于，该锁相方法还包括: 提供一给定为零的参考干扰量； 将所述参考干扰量与所述电压中的干扰量进行做差从而得到一误差信号，并通过一调节器对所述误差信号进行补偿，以消除误差；以及 将补偿后的信号经由d-q坐标系/α-β坐标系的坐标变换来得到所述负序分量Vamg和 veneg。
13.根据权利要求11所述的锁相方法，其特征在于，所述锁相方法还包括第一叠加步骤，用于: 接收所述每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第一叠加信号作为所述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端；以及 接收所述第一叠加信号以及所述正序分量，并将叠加后的信号作为所述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。
14.根据权利要求11所述的锁相方法，其特征在于，所述锁相方法还包括第二叠加步骤，用于:接收所述每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第二叠加信号作为所述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端；以及 接收所述每路电压以及各自的正序分量和负序分量，并将叠加后的信号作为所述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。
15.根据权利要求11所述的锁相方法，其特征在于，所述步骤b还包括滤波步骤，用于对经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换得到的d轴上的正序分量Clptjs进行低通滤波处理。
16.根据权利要求15所述 的锁相方法，其特征在于，所述步骤b还包括相位角度产生步骤，用于将经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换得到的q轴上的正序分量qp()S与一预设频率信号进行比较，并对比较结果进行积分处理后得到所述正序分量的相位角度Θ p0sO
17.根据权利要求16所述的锁相方法，其特征在于，将所述正序分量的相位角度分别输入至第一分离模块中的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。
18.根据权利要求16所述的锁相方法，其特征在于，将与所述正序分量的相位角度相对应的相位角度-θ_分别输入至第二分离模块中的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。
19.根据权利要求11所述的锁相方法，其特征在于，所述步骤c还包括调节步骤，用于对所述干扰量进行补偿。
20.根据权利要求19所述的锁相方法，其特征在于，所述调节步骤由一比例积分调节器或一比例积分微分调节器来执行。
全文摘要
本发明提供了一种用于三相交流电网的锁相系统及方法，包括接收交流电网的三相电压并将其转换为两相电压信号，每相电压信号包括正序分量和负序分量；将每相电压信号减去负序分量，再经αβ/dq坐标变换和低通滤波得到纯净的正序分量，并对其进行锁相；以及将每相电压信号减去以负序分量为主的干扰量，再减去正序分量来获取误差信号，将误差信号经αβ/dq坐标变换和调节器调节，得到以负序分量为主的信号。采用本发明，可精确地得到电网电压的正序分量和负序分量。另外，负序分量的分离过程采用闭环补偿方式，且该分离过程与正序分量的锁相相互加强，可使整个锁相过程快速收敛，进而能迅速得到纯净的正序分量，提高了锁相精度。
文档编号H02J3/00GK103107532SQ20111035552
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者薛海芬, 邱爱斌, 吕飞, 郑剑飞 申请人:台达电子企业管理(上海)有限公司