一种新型锁相方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力电子控制领域，特别设及一种新型锁相方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着环境污染的加剧，化石能源问题的紧缺，可再生能源的开发和利用受 到越来越多的国家的关注。分布式发电系统由于具有初期假设投资低、发电方式灵活等特 点而成为一种巨大发展市场的新能源综合利用方式。=相PWM并网变流器作为分布式发电 系统与电网公共接入点之间的能量接口单元，是分布式发电系统中极其重要的组成部分。
[0003]S相PWM并网交流器W其电压利用率高，功率因数可调等优点得到了广泛应用。 运对实时检测电压幅值、相角、频率的锁相环电路的准确性、快速性和鲁棒性提出了更高的 要求。在S相锁相环电路中，应用最广泛的是单同步旋转坐标系锁相环（SSRF-PLL)，传统 的单同步旋转坐标系锁相环实现简单，在电网电压平衡，没有崎变的情况下，锁相精确、动 态响应迅速。当电网电压不平衡，存在谐波时，运种方法难W获得令人满意的锁相性能。为 了改善电压不平衡和进网电压存在谐波时的系统锁相性能，需要对锁相环结构进行一定改 进，传统方法有：1)、基于对称分量的锁相环方法是对=相不平衡电压的正序分量进行提 取，从而有效抑制负序分量对系统的影响，但是运种方法加入了全通滤波器，频率适应性不 足；2)、基于双同步坐标系解禪的锁相环方法是对进网电压的正序分量和负序分量进行解 禪，分别在两个旋转坐标系下控制，从而改善锁相性能；但是运种方法实现复杂，参数设计 困难。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种新型锁相方法，能够快速、准确跟踪电网电压的信息，提 高锁相环的动态响应性能。 阳〇化]为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型锁相方法，包括：将=相电网电压进 行Clark变换，通过Clark变换将=相电网电压由=相静止坐标系变换到两相静止坐标系， 再WD轴定向，锁相环输出相角为旋转角度进行Park变换，将两相静止坐标系变换到同步 旋转dq坐标系，得到=相电网电压的d轴有功分量和q轴无功分量；其特征在于：
[0006] 对有功分量进行滤波；
[0007] Park变换后的无功分量和经过滤波后的有功分量之比作为PI调节器的输入，经 过PI调节器的调节作用使得输入量为0,从而迅速锁住电网电压的相位。
[0008] 优选的，所述对有功分量进行滤波其具体为：对有功分量进行一阶惯性低通滤波 滤除高次谐波。
[0009] 本发明的有益效果是：本发明利用Park变换后的无功分量和经过滤波后得到的 有功分量之比作为PI调节器的输入，经过PI调节器的调节作用使得输入量为0,从而迅速 的锁住电网电压的相化收敛速度比传统锁相方法快，缩短了收敛时间，实现锁相环快速锁 定，实现快速准确的跟踪电网电压的信息，提高锁相环的动态响应性能。
【附图说明】
[0010] 图1为传统锁相环的结构控制框图；
[0011] 图2为本发明新型锁相方法锁相环结构控制框图；
[0012] 图3为锁相环系统的简化数学模型框图；
[0013] 图4为传统锁相环频域简化模型框图；
[0014] 图5为本发明锁相环频域数学模型框图；
[0015] 图6为传统锁相环和本发明锁相环奈奎斯特图；
[0016] 图7为传统锁相环和本发明锁相环PI控制器输入仿真对比图；
[0017] 图8为传统锁相环和本发明锁相环跟踪误差仿真对比图；
[0018] 图9为传统锁相环和本发明锁相环PI控制器输入实验对比图；
[0019] 图10为传统锁相环和本发明锁相环跟踪误差实验对比图。
【具体实施方式】
[0020] W下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0021] W基于=相PWM变流器的数字锁相环为例阐述本发明方法的原理。
[0022] 图1为传统锁相环的结构控制框图，传统的锁相环结构如图1所示，假设电网电压 为=相平衡电压幅值为Um,基波角频率为《。，A相电压初始相角为0,则=相电网电压U。、 Ub、U。可W表示为下式：
[0024] 设电网电压矢量的起始实际角度为0，通过Clarke变换将S相电网电压由S相 静止油C坐标系变换到两相静止a0坐标系，再WD轴定向，锁相环输出相角#为旋转角 度作Park变换，将两相静止坐标系变换到同步旋转dq坐标系，可W得到下式：
[0027] 为将上面两式进一步化简，设锁相环输出的估计频率为《1，电网电压矢量实际相 角与锁相环输出的相角差为&煤?,:，;用A0表示电网电压的相角与锁相环输出角度差，化 简可W得到电网电压的dq分量表达式为：
[0028]
[0029]当Wi= CO。，A從=0,即锁相环的输出角频率等于电网电压的角频率，锁相环 的输出角度等于电网电压的角度时，锁相环输出电压矢量IW和电网电压矢量U完全重合， 显然通过Q轴分量闭环控制，使得无功分量为零即可W实现频率和相位的完全锁定。
[0030] S相平衡电源电压Ua、Ub和Ue经过Clarke和Park变换后得到Ud和U。，其中Park 变换的角度为锁相环输出的角度，将Uq输入到PI调节器，当频率锁定时，Uq必定为一直流 量，由于PI调节器具有直流无静差特性，因此通过对Uq的PI调节，可W使Uq趋近于0,从 而实现电网电压角度的锁定，而将PI调节器的输出和实际电网额定频率叠加可W获得锁 相环的输出频率，基于单同步坐标系传统软件锁相环的结构框图如附图1所示，考虑到电 压采样的延迟效应，在结构图中加入了一个采样周期L为时间常数的惯性延迟环节。
[0031] 本发明一种新型锁相方法是利用Park变换后的无功分量和经过滤波后得到的有 功分量之比作为PI调节器的输入，经过PI调节器的调节作用使得输入量为0,从而迅速的 锁住电网电压的相位。
[0032] 本发明将S相平衡电源电压Ua、Ub和U e经过Clarke和Park变换后得到U d和U。， 然后将Ud经过一阶惯性低通滤波器滤除高次谐波，再将Uq/Ud作为PI调节器的输入，经PI 调节器的调节使得UqAJd趋近于0,然后将PI调节器的输出和实际电网电压的额定频率相 加可W得到锁相环的输出角频率，图2为本发明新型锁相方法锁相环结构控制框图，基于 单同步坐标系的新型软件锁相环如图2所示。
[0033] 下面分别从时域和频域对本发明新型锁相方法和传统锁相方法的动态响应性能 进行比较，W进一步说明本发明的有益效果。
[0034] 1)、时域模型分析
[0035] 基于单同步坐标系的软件锁相环路实际上是一个相位误差的闭环控制系统，将输 入角度信号和锁相环输出角度信号之间的相位差，经过调节作用产生一个对应于两个相位 差的误差电压，当环路锁定时，相位差是一个不随时间变化的定值，误差电压也为一个定 值，基于单同步坐标系的软件锁相环的相位反馈控制系统的结构原理图如附图3所示。
[0036]图3为锁相环系统的简化数学模型框图，传统锁相方法中，用Park变换的Q轴输 出作为PI调节器的输入，Uq=UmSinA0，图中Fi( 0 )=SinA0 ;在本发明新型锁相方法 中，由于采用Park变换的Q轴和D轴的滤波之比作为PI调节器的输入，UqAJd=tanA0， 故图中F2(0)