一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于锁相环技术领域，具体涉及一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方 法。
【背景技术】：
[0002] 在分布式并网逆变器、有源电力滤波器、静态无功补偿装置等系统中均需要对电 网电压的相位、频率等信息进行实时的监测，从而控制系统的正常稳定运行。这就需要一种 稳定可靠的锁相方法来实时准确获取电网电压相位和频率变化的信息。软件锁相环相比传 统的硬件锁相环，能够克服模拟电路存在的温度漂移现象，具有更高的锁相精度和稳定性。 因此，软件锁相环已经在电力电子控制领域受到越来越多的关注。
[0003] 基于同步参考坐标系的锁相环方法作为现有的典型三相软件锁相环技术，需要引 入同步参考坐标系，通过控制电网电压矢量在同步参考坐标系q轴上的投影为零来实现对 电网电压相位的锁定。如图1所示，三相电网电压合成空间矢量1以角频率《 ^旋转，其与 0轴的负半轴夹角为0?，叭随着时间以斜率《 〇变化。假定同步参考dq坐标系以角频率 ?旋转，已知其d轴与0轴的负半轴夹角为0。Vsd，Vsq分别为电网电压矢量V^dq坐 标系的d轴和q轴上的投影。其中，Vsq的值反映了电网电压矢量与与d轴的相位关系：当 Vsq> 0时，d轴滞后电网电压矢量；当Vsq= 0时，d轴与电网电压矢量同相；当Vsq< 0时， d轴超前电网电压矢量。因此，将锁相环输出电压定位在d轴，以Vsq= 0为控制目标，通过 控制角频率U，即可实现d轴与电网电压同相位，达到锁相的目的。
[0004] 基于同步参考坐标系的锁相环方法虽然能够达到跟踪电网电压相位的要求，但其 需要进行一系列坐标变换，控制结构较为复杂，且无法从本质上完全消除三相电网中的三 次谐波干扰。
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一种基于瞬时虚拟无功 功率检测的锁相方法，该方法简化了控制结构，并且利用三相电网各相三次谐波互差360 度的特点，通过三相无功功率的计算从本质上消除电网三次谐波的干扰，提高了锁相精度。
[0006] 为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] -种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，包括如下步骤：
[0008] 1)将锁相环输出电压作为三相交流电源电压Uaf、Ubf、Urf，其通过虚拟电阻R与三 相电网电压Ua,、Ub,、U。,连接，计算三相交流电源电压Uaf、Ubf、Urf与三相电网电压U"、Ub,、Ura 的差值得到虚拟电阻R上的压降Uae、Ube、Um;
[0009] 2)将虚拟电阻R上的压降Uae、Ube、1除以虚拟电阻值R，计算得到流过虚拟电阻 R的虚拟电流ia、ib、i。；
[0010] 3)根据三相电路的瞬时无功功率计算公式（I)，计算得到交流电源输出的瞬时虚 拟无功功率值Q;
【主权项】
1. 一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 将锁相环输出电压作为三相交流电源电压uaf、Ubf、Urf，其通过虚拟电阻R与三相电 网电压um、Ufc、Ura连接，计算三相交流电源电压U af、Ubf、1与三相电网电压U "、ufc、1的 差值得到虚拟电阻R上的压降uae、Ube、U心 2) 将虚拟电阻R上的压降Uae、Ube、1除以虚拟电阻值R，计算得到流过虚拟电阻R的 虚拟电流ia、ib、ic; 3) 根据三相电路的瞬时无功功率计算公式（I)，计算得到交流电源输出的瞬时虚拟无 功功率值Q ;
4) 将计算得到的三相瞬时虚拟无功功率Q输入至环路滤波器； 5) 将环路滤波器的输出△ ω与电网的额定频率加作为锁相环输出电压频率 ω ; 6) 锁相环输出电压频率ω经过压控振荡器后得到锁相环输出电压的相位Θ ; 7) 利用步骤6)得到的锁相环输出电压的相位Θ将虚拟dq轴电压U_经PARK反变换、 CLARKE反变换后得到改变相位后的锁相环输出电压U' af、Ub' f、U。' f，将改变相位后的锁相环 输出电压U' af、Ub' f、U。' ,再反馈至输入端，重复上述步骤1)至步骤6)，形成闭环反馈环路。
2. 根据权利要求1所述的一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，其特征在于， 步骤1)中，虚拟电阻值R为1欧姆。
3. 根据权利要求1所述的一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，其特征在于， 步骤4)中，以比例积分环节作为环路滤波器。
4. 根据权利要求1所述的一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，其特征在于， 步骤6)中，以积分器作为压控振荡器。
5. 根据权利要求1所述的一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，其特征在于， 步骤7)中，虚拟dq轴电压Udqtl为[100]。
【专利摘要】本发明公开了一种基于瞬时虚拟无功功率检测的锁相方法，包括如下步骤：将锁相环输出电压作为三相交流电源电压，其通过虚拟电阻与三相电网电压连接，计算交流电源电压与三相电网电压的差值得到虚拟电阻上的压降；将虚拟电阻上的压降除以虚拟电阻值，计算得到流过虚拟电阻的虚拟电流；根据三相电路的瞬时无功功率计算公式，计算得到交流电源输出的瞬时虚拟无功功率值；将计算得到的三相瞬时虚拟无功功率输入至环路滤波器；将环路滤波器的输出与电网的额定频率相加作为锁相环输出电压频率；锁相环输出电压频率经过压控振荡器后得到锁相环输出电压的相位；将改变相位后的锁相环输出电压再反馈至输入端，重复上述步骤，形成闭环反馈环路。
【IPC分类】H02J3-01
【公开号】CN104852378
【申请号】CN201510227406
【发明人】王跃, 王浩, 徐宁一, 李明烜, 刘永慧, 牛瑞根
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月6日