锁相环的制作方法
【专利摘要】一种用于估算三相基准信号的相角的锁相环。该锁相环包括：用于基于该基准信号和估算基频计算该基频处的估算第一状态和估算第二状态的装置；用于基于该第一状态和该第二状态计算该基准信号的基本正序分量的装置；用于基于该基本正序分量和估算相角计算与该相角同步的参考系中的直流分量和正交分量的装置；以及用于基于该正交分量确定估算基频和估算相角的估值的装置。
【专利说明】锁相环
【技术领域】
[0001]本发明涉及与三相基准信号的同步，并且具体地涉及基准信号不均衡和/或经受谐波失真的情形。
【背景技术】
[0002]在一些应用中，能够与基准信号同步可能是很重要的。例如，在分布式发电中，连接电网的电力转换器通常必须与公用电网的相位和频率同步。
[0003]锁相环(PLL)可以用于与信号同步。可以以各种方式形成PLL[1]。例如，同步参考系锁相环(SRF-PLL) [2]是广泛使用PLL技术，其能够检测基准信号的相角和频率。
[0004]基于SRF-PLL方法提出了不同的设计[3]-[7]。如同很多其他设计一样，SRF-PLL基于线性化假设，即可以局部地保证结果。SRF-PLL可以产生对基准信号的相角、基频和幅度的快速而又精确的检测。
[0005]然而，基于SRF-PLL方法的设计会由于谐波失真而易于失败[8]-[9]。如果基准信号因低阶谐波即接近基频的谐波而失真，则会减小SRF-PLL反馈环的带宽而抑制和消除这些谐波对输出的影响。然而在一些情况下，由于PLL的响应速度也因此可能显著减小，所以减小PLL带宽可能是不可接受的解决方案。
[0006]此外，基准信号的不均衡会对基于SRF-PLL方法的设计造成问题[7]、[10]。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种方法以及一种实施该方法的设备以缓解上面的缺点。本发明的目的是通过以在独立权利要求中叙述的内容为特征的方法和设备实现的。从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
[0008]可以通过以下方法来实现关于谐波失真和不均衡的较好容差:首先根据基准信号计算基本正序分量，然后使用正序分量来估算基准信号的相角。
[0009]基本正序分量的计算可以基于三相信号的描述，其中信号是由按照静止坐标系中的正序和负序的和来描述的。以这种方式，即使在不均衡条件下也可以提取基本正序分量。基本正序分量的计算还可以包括显式的谐波补偿机制(UHCM)，其可以处理存在于基准信号中的可能的不均衡谐波失真。
[0010]因此，所计算的基本正序分量可以基本上没有谐波失真和不均衡。
[0011]然后，可以将基本正序分量变换至同步参考系中，并且同步参考系中正序分量的正交分量可以用于估算基准信号的基频和相角。所估算的基频又可以用于计算基本正序分量。
[0012]所公开的方法在即使当基准信号经受不均衡和谐波失真时也可以提供三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的纯净估值。所公开的方法对于角频率变化也是鲁棒性的。【专利附图】
【附图说明】
[0013]下面将参照附图借助于优选实施方式更加详细地描述本发明，其中:
[0014]图1示出了用于估算三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的示例性锁相环；
[0015]图2示出了不均衡谐波补偿机制的示例性实施；
[0016]图3a至图3d示出了图1和图2的布置对基准信号的从均衡到不均衡的变化的仿真瞬态响应；
[0017]图4a至图4d示出了图1和图2的示例性布置对添加至已经不均衡的基准信号的谐波失真的仿真瞬态响应；
[0018]图5a至图5d示出了图1和图2的示例性布置对基频阶跃变化的仿真瞬态响应；以及
[0019]图6a至图6d示出了示例性SRF-PLL算法对基准信号的从均衡到不均衡的变化的仿真瞬态响应。
【具体实施方式】
[0020]一些应用可能需要关于三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的知识。一些应用还可能需要额外的信息如基准信号的角频率和基本分量的正序和负序的估值。例如，这可以是以下三相电网连接 系统如电力调节设备、柔性交流输电系统(FACTS)、电力线调节器、再生驱动器、不间断电源(UPS)、用于替代能源的电网连接逆变器以及其他分布式发电与存储系统中的情况。
[0021]本公开内容公开了一种用于估算三相基准信号的相角的方法。该方法在即使当基准信号不均衡和/或经受谐波失真时也能够提供三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的纯净估值。
[0022]本公开方法对于角频率变化是鲁棒的，并且还可以提供基准信号的角频率以及基本分量的正序和负序两者的估值。
[0023]本公开方法可以从基准信号中提取基本正序分量。然后可以将基本正序分量变换至同步参考系中，在同步参考系中可以将基本正序分量的正交分量控制到零，以便估算基准信号的基频和相角。
[0024]可以基于不均衡三相信号的模型执行基本正序分量的提取。通常，信号Va 0可以被看作谐波的和。从而，不均衡三相信号的描述可以包括按照静止参考系坐标的正序和负序的和。
[0025]根据[11]，下面的模型描述了谐波频率Iccoci处的单个不均衡k次阶谐波的发生器:
[0026]
= ^^抑‘* *
[0027]
= it?,;1-?( I )
[0028]上面的模型包括第一状态vae,k和第二状态:其中，按照固定a ^坐标来表示状态。可以通过使用克拉克(Clarke)变换将三相电网的相位变量如相电压变换成a ^坐标。在公式(I)中，J为如下定义的变换矩阵:
[0029]
【权利要求】
1.一种用于估算三相基准信号(Va 0 )的相角的锁相环(10)，其中，所述锁相环(10)包括: 用于基于所述基准信号(Va 0 )和估算基频(0% )计算不均衡三相系统的模型在所述基准信号的基频处的估算第一状态)和估算第二状态()的装置(11 )，其中，所述模型包括表示所述基准信号在谐波频率处的正序分量和负序分量的和的第一状态和表示所述正序分量与所述负序分量之间的差的第二状态，用于基于所述估算第一状态(+I1)和所述估算第二状态)计算所述基准信号的基本正序分量的装置(12)，用于基于所述基本正序分量(+^1)和估算相角(^ )计算与所述估算相角(忒)同步的旋转参考系中的直流分量(?:)和正交分量(ifi )的装置(13)， 用于基于所述直流分量确定所述基本正序分量)的幅度的估值的装置(13)，以及 用于基于所述正交分量()确定所述估算基频(4 )和所述估算相角(4 )的估值的装置(14)。
2.根据权利要求1所述的锁相环，其中，所述锁相环包括: 用于基于所述基准信号(va ·0 )、所述估算基频(S5 )和不均衡三相系统的所述模型提取所述基准信号(va 0 )的至少在除了所述基准信号(va 0 )的基本谐波频率之外的一个谐波频率处的谐波含量()的装置(15)，以及 用于基于所提取的谐波含量(《抑)补偿所述基准信号(va 0 )的装置(15)。
3.根据权利要求1或2所述的锁相环，其中，所述锁相环(10)包括:用于基于不均衡三相系统的所述模型的所述估算第一状态(In )和所述估算第二状态计算所述基准信号(Vae)的基本负序分量)的装置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的锁相环，其中，所述用于确定所述估算基频()和所述估算相角(氣)的估值的装置(14)包括将所述正交分量)的大小最小化的控制器。
5.根据权利要求4所述的锁相环，其中，所述控制器包括PI控制器(141)，并且所述估算基频(義5)直接从所述PI控制器(141)的积分部分中获得。
6.根据权利要求2所述的锁相环，其中，所述用于提取所述谐波含量的装置(15)和所述用于补偿所述基准信号的装置(15)被配置成:如果谐波失真不超过所设置的极限，则所述装置(15)被禁用。
7.一种用于估算三相基准信号(Vae)的相角的方法，其中，所述方法包括:基于所述基准信号(Va 0 )和估算基频(論# )计算不平衡三相系统的模型在所述基准信号的基频处的估算第一状态(V0^1)和估算第二状态(#?w)，其中，所述模型包括表示所述基准信号在谐波频率处的正序分量和负序分量的和的第一状态和表示所述正序分量与所述负序分量之间的差的第二状态， 基于所述估算第一状态(七p )和所述估算第二状态)计算所述基准信号的基本正序分量(《^.1 )， 基于所述基本正序分量)和估算相角(S0 )计算与所述估算相角(‘)同步的旋转参考系中的直流分量)和正交分量(Ii1 )， 基于所述直流分量(Vj1 )确定所述基本正序分量(4.1 )的幅度的估值，以及 基于所述正交分量((? )确定所述估算基频)和所述估算相角)的估值。
【文档编号】H03L7/08GK103595403SQ201310349349
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2012年8月13日
【发明者】何艺文, 格拉尔多·埃斯科巴尔, 萨米·彼得松 申请人:Abb技术有限公司