一种对软件锁相环的改进方法
【专利摘要】本发明涉及一种对软件锁相环的改进方法，其技术特点包括以下步骤：对电网电压采样，通过Clarke变换得到两相坐标系下电压分量uα、uβ；采用加权平均方法计算电压分量uα、uβ的准确延迟信号uα-D、uβ-D；根据延迟信号消除原理提取电网电压正序分量对电网电压正序分量做旋转坐标变换得到n表示当前为第n个控制周期；计算电网电压频率；对电网电压频率做数字积分得到电网电压相角，该电网电压相角同时被用于旋转坐标变换计算，构成闭环反馈。本发明采用两组延迟信号的加权平均方法来逼近期望延迟信号，从而使得信号延时更加准确，有效抑制了锁相角度和幅值中的直流偏置和波动，提高了对电网基波电压锁相的准确度，可广泛应用在对PLL响应速度有较高要求的场合。
【专利说明】一种对软件锁相环的改进方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锁相环【技术领域】，尤其是一种采用信号延迟消除delayedSignal Cancellation，DSC)技术对软件锁相环的改进方法。
【背景技术】
[0002] 电压源并网变流器广泛应用于有源滤波、UPS不间断电源、变频调速驱动及可再生 能源发电领域，是一类重要的电力电子变换装置。迅速、准确地获取电网电压基频正序信息 对这类装置的控制非常重要，这一任务通常采用软件锁相环（PhaseLockedLoop,PLL)技 术实现。
[0003] 软件锁相环的种类较多，目前在三相电压源并网变流器中最常用的是同步坐 标系锁相环（SynchronousReferenceFramePLL，SRF_PLL)，该锁相环架构如图1所 不。SRF-PLL技术最早见于文献（A.GoleandV.K.Sood.Astaticcompensatormodel forusewithelectromagnetictransientssimulationprograms,IEEETrans.Power Del.，1990,5(3) =1398-1407)，V.Kaura和V.Blasko等人报道了该技术的数字实现方法 (V.KauraandV.Blasko.Operationofaphaselockedloopsystemunderdistorted utilityconditions.IEEETrans.IndustryApp.，1997, 33(1): 58-63)。当三相电网电压对 称、平衡时，SRF-PLL能够准确观测出电压相位，实现变流器的精确功率控制。除良好的动、 静态性能外，基于SRF的电流控制仍然是目前电力电子变流器控制的主流，这也是SRF-PLL 应用广泛的一个重要原因。
[0004] 电网不平衡是影响SRF-PLL性能的一个重要因素，在这一工况下，网侧电压 中的负序分量导致SRF变换后的电压分量中含有二阶谐波，影响观测结果。调整PI 参数、减小环路滤波器的带宽可以抑制二阶谐波的影响，但这是以牺牲锁相环的动态 性能为代价，在一些对PLL响应速度有较高要求的场合（例如风电、光伏等应用要求 并网变流器具有低电压穿越功能）不可行。为了解决这一问题，研究人员提出了不 同的改进方法，较为常用的有：双同步坐标系锁相环（P.RodriguezandJ.Pou，et al.DecoupleddoublesynchronousreferenceframePLLforpowerconverters control,IEEETrans.PowerElectron. ,2007,22 (2):584-592),改进锁相环方法 (M.Karimi-GhartemaniandM.R.Iravani.Amethodforsynchronizationofpower electronicconvertersinpollutedandvariable-frequencyenvironment,IEEE Trans.PowerSyst. , 2004, 19 (3) : 1263-1270.)和信号延迟消除锁相环方法（Delayed SignalCancellationPLL,DSC-PLL) (J.SvenssonandM.Bongiorno,etal.Practical implementationofdelayedsignalcancellationmethodforphase-sequence separation,IEEETrans.PowerDel.，2007, 22(1):18-26)。
[0005] DSC-PLL通过以下公式来提取正序电压分量：
【权利要求】
1. 一种对软件锁相环的改进方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤1、对电网电压采样，通过Clarke变换得到两相坐标系下电压分量ua、U0 ; 步骤2、在数字控制器中，采用加权平均方法计算电压分量ua、U0的准确延迟信号 ua -D、Uβ-D; 步骤3、根据延迟信号消除原理提取电网电压正序分量《,【、《Γ; 步骤4、对电网电压正序分量<、<做旋转坐标变换得到〃丨<+")、表示当前为第 η个控制周期； 步骤5、计算电网电压频率； 步骤6、对电网电压频率做数字积分得到电网电压相角，该电网电压相角同时被用于旋 转坐标变换计算，构成闭环反馈。
2. 根据权利要求1所述的一种对软件锁相环的改进方法，其特征在于：所述步骤1两 相坐标系下电压分量Ua、U0的计算公式为：
式中uab,uea,Ube分别为ab、ca、be相之间电压。
3. 根据权利要求1所述的一种对软件锁相环的改进方法，其特征在于：所述步骤2计 算准确延迟信号ua_D、ue_D的公式为：
式中，k表示向下取整函数，k=floor(Td/Ts)，Td =T/4为延迟时间，Ts为控制周期T为电网电压周期，IIl1、!!^为加权系数，Hl1、!!^的计算公式为：
4. 根据权利要求1所述的一种对软件锁相环的改进方法，其特征在于：所述步骤3提 取电网电压正序分量<、< 的计算公式如下：
5. 根据权利要求1所述的一种对软件锁相环的改进方法，其特征在于：所述步骤4对 电网电压正序分量<、《,M故旋转坐标变换的计算公式为：
式中，θε(η-1)为上一控制周期锁相环计算出的电网电压相角。
6.根据权利要求1所述的一种对软件锁相环的改进方法，其特征在于：所述步骤5的 计算方法为：令q轴电压给定为0,采用PI调节器对误差进行调节，调节器输出即为电网电 压频率。
【文档编号】H03L7/08GK104467823SQ201410637204
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】金雪峰, 宋鹏, 田凯, 姜一达, 王达, 蔡保海 申请人:天津电气科学研究院有限公司