一种基于自适应陷波器的锁相环的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于自适应陷波器的锁相环。
【背景技术】
[0002] 微电网技术的出现，为电网末端的电能质量改善、无电地区的电力供应W及大电 网抵御事故和灾害的能力的提高提供了一种解决方案。由于微电网的容量通常较为有限， 因此电网谐波和闪变受分布式能源（光伏、风力、）随机性和负荷突变的影响比较明显，该 将直接影响微电网中的并网变流装置如光伏逆变器、风机变流器、储能变流器等关键设备 对于电网电压相位检测的快速性和精确性，进而影响到设备的控制性能W及整个微电网系 统运行的稳定性。
[0003] 现有技术中，常用的数字锁相控制方法主要有：
[0004] (1)基于电压过零点的锁相环，该方法在电网电压波形崎变时会出现锁相错误，且 对于相位差的获取需要一个电网周期，动态响应较差；
[0005] (2)基于离散傅里叶变换值FT)的锁相环，存在算法计算量大、动态响应慢的问 题；
[0006] (3)基于坐标变换的锁相环，该方法可在一个开关周期获取相位差信号，动态性能 好，但在电网谐波较大或=相电压不平衡时会存在较大的锁相误差；
[0007] (4)基于低通滤波方式的锁相环，通过减小带宽的方式滤除电网电压不平衡时两 倍工频的干扰，但由于低通滤波的延时较大，在电网电压严重不平衡时会导致功率器件出 现过流故障。
【发明内容】
[0008] 针对上述问题，本发明提供一种基于自适应陷波器的锁相环，可实现对谐波和闪 变条件下的微电网电压相位的精确、快速锁相，W消除微电网电压谐波和闪变对并网变流 装置相位检测的影响。
[0009] 为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过W下技术方案实现：
[0010] 一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于，包括顺次相连的鉴相器、自适应陷 波器、PI调节器和积分器；
[0011] 所述鉴相器的输入端分别与S相电网电压、积分器的输出端相连并通过Clarke 变换和Park变换获取q轴电网电压分量A化(n)，其中，n= 1，2,3……表示时刻，且用于 Park变换的角度来自于上一个开关时刻积分器所输出的电网相位；
[0012] 所述自适应陷波器通过对相位差信号A化(n)的自适应陷波处理，得到滤波后的 相位差信号A化*(n);
[0013] 所述PI调节器通过对自适应陷波器输出的相位差信号A化*(n)的PI调节，使得 q轴电网电压分量A化(n)跟踪给定信号0,得到电网角频率的变化量A? (n);
[0014]所述积分器通过对电网角频率的积分获得当前电网相位0 (n)，其中，电网角频率 由额定电网频率Wg与PI调节器的输出A? (n)相加得到。
[0015] 优选，所述自适应陷波器包括相连的自适应陷波单元和自适应权值调整单元。
[0016] 所述自适应陷波单元：用于根据上一时刻自适应权值单元输出的权值w(n-l)计 算得到其转置WT(n-l)，并与鉴相器输出的A化(n)的值进行乘积，获得当前时刻的自适应 陷波单元的输出信号A化*(n);
[0017] 所述自适应权值调整单元；用于根据自适应陷波单元的输出信号A化*(n)和期 望信号d(n)的差值e(n)，去更新自适应权值调整单元的权值W(n)。
[0018] 本发明采用自适应陷波器，并通过合理的设置滤波参数，W消除电网电压崎变对 锁相产生的影响，同时克服采用DFT或低通滤波方式带来的延时和动态响应慢的问题。
[0019] 本发明的有益效果是：可实现对谐波和闪变条件下的微电网电压相位的精确、快 速锁相，W消除微电网电压谐波和闪变对并网变流装置相位检测的影响。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明一种基于自适应陷波器的锁相环的结构框图；
[0021] 图2是本发明自适应陷波器的结构示意图；
[0022] 图3是本发明自适应陷波器算法流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，W使本领 域的技术人员可W更好的理解本发明并能予W实施，但所举实施例不作为对本发明的限 定。
[0024] -种基于自适应陷波器的锁相环，如图1所示，包括顺次相连的鉴相器、自适应陷 波器、PI调节器和积分器；
[00巧]所述鉴相器的输入端分别与S相电网电压、积分器的输出端相连并通过Clarke变换和Park变换获取q轴电网电压分量A化(n)，（即相位差信号），其中，n=l，2, 3…… 表示时刻，且用于Park变换的角度来自于上一个开关时刻积分器所输出的电网相位；
[0026] 所述自适应陷波器通过对相位差信号A化(n)的自适应陷波处理，滤除其中的谐 波信号，得到滤波后的相位差信号A化*(n);
[0027] 所述PI调节器通过对自适应陷波器输出的相位差信号A化*(n)的PI调节，使得 q轴电网电压分量A化(n)跟踪给定信号0,得到电网角频率的变化量A? (n);
[002引所述积分器通过对电网角频率的积分获得当前电网相位0 (n)，其中，电网角频率 由额定电网频率Wg与PI调节器的输出A? (n)相加得到。
[0029] 优选如图2所示，所述自适应陷波器包括相连的自适应陷波单元和自适应权值调 整单元。
[0030]其中；
[0031]自适应陷波单元；用于根据上一时刻自适应权值单元输出的权值w(n-l)计算得 到其转置WT(n-l)，并与鉴相器输出的A化(n)的值进行乘积，获得当前时刻自适应陷波单 元的输出信号A化*(n);
[0032] 自适应权值调整单元：根据自适应陷波单元的输出信号A化*(n)和期望信号 d(n)的差值e(n)，去更新自适应权值调整单元的权值W(n)，使得下一时刻自适应陷波单元 输出的A化*(n+l)与期望信号d(n+l)的差值e(n+l)进一步减小。
[0033] 通过自适应陷波器模块消除电网谐波和闪变信号对q轴电压信号的干扰，自适应 陷波器在工作过程中，需要进行参数更新，即对于n= 1，2…，计算：
[0034] 更新增益：
[0040] 更新期望信号；d(n) =AU。(n-l)(7)
[0041] 式中；
[004引A为遗忘因子，且0 <A< 1，遗忘因子越大，滤波效果越好；
[0043]对于期望信号d(n)，由于其值大小随着锁相过程的进行逐步趋向于0,即其值并 非恒定或已知，故除令d(0) =0W外，其它时刻均令期望信号d(n) =A化(n-1)，即：
[0044]
[0045] 优选，所述自适应陷波器的具体算法如图3所示：
[004引 SOI;对自适应陷波器的参数进行初始化：令W(0) = 0,d(0) = 0,P(0) = 0、， 其中I为单位矩阵，0 = 0. 01 ;
[0047] S02;读入进行自适应陷波器计算所需要的数据d(n)和AUq(n);
[0048]S03 ;通过式似计算自适应陷波单元的输出:
[0049]
[0050] S04;通过式做计算估计误差e(n):
[0051]
[005引 S05;通过式（4)更新滤波器的权值W(n):
[0053] W(n)=W(n-1)+k(n)e(n) (4)
[0054] 其中，k(n)表示增益，
[00 巧]
[005引式中，入为遗忘因子，P(n)为矩阵且：
[0057]
[0058] S06;判断迭代次数是否达到预设值N，若是，则自适应陷波算法结束，否则，转入 步骤S02。
[0059] 本发明采用自适应陷波器，并通过合理的设置滤波参数，W消除电网电压崎变对 锁相产生的影响，同时克服采用DFT或低通滤波方式带来的延时和动态响应慢的问题。可 实现对谐波和闪变条件下的微电网电压相位的精确、快速锁相，W消除微电网电压谐波和 闪变对并网变流装置相位检测的影响。
[0060] W上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关 的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于，包括顺次相连的鉴相器、自适应陷波 器、PI调节器和积分器； 所述鉴相器的输入端分别与三相电网电压、积分器的输出端相连并通过Clarke变换 和Park变换获取q轴电网电压分量AUq(n)，其中，η = 1，2,3……表示时刻，且用于Park 变换的角度来自于上一个开关时刻积分器所输出的电网相位； 所述自适应陷波器通过对相位差信号AUq(Ii)的自适应陷波处理，得到滤波后的相位 差信号AUq* (η); 所述PI调节器通过对自适应陷波器输出的相位差信号AUq* (η)的PI调节，使得q轴 电网电压分量AUq(Ii)跟踪给定信号0,得到电网角频率的变化量△ ω (n); 所述积分器通过对电网角频率的积分获得当前电网相位θ (η)，其中，电网角频率由额 定电网频率〇8与PI调节器的输出Λ ω (η)相加得到。2. 根据权利要求1所述的一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于，所述自适应 陷波器包括相连的自适应陷波单元和自适应权值调整单元。3. 根据权利要求2所述的一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于， 所述自适应陷波单元：用于根据上一时刻自适应权值单元输出的权值W(n-l)计算得 到其转置Wt (n-1)，并与鉴相器输出的Λ Uq(n)的值进行乘积，获得当前时刻的自适应陷波单元的输出信号AUq*(n); 所述自适应权值调整单元：用于根据自适应陷波单元的输出信号Δυ(?*(η)和期望信 号d (η)的差值e (η)，去更新自适应权值调整单元的权值W (η)。4. 根据权利要求3所述的一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于，所述自适应 陷波器的具体算法如下： 501 :对自适应陷波器的参数进行初始化：令W(O) = 0，d(0) = 0，P(0) = ol,其中I 为单位矩阵，σ = 〇. 01 ; 502 :读入进行自适应陷波器计算所需要的数据d(n)和Λυ,(η); 503 :通过式⑵计算自适应陷波单元的输出:Δ?^(η):504 :通过式（3)计算估计误差e(n):505 :通过式（4)更新滤波器的权值W(n): W (n) = W (n-1)+k (n) e (η) (4) 其中，k(η)表示增益，式中，λ为遗忘因子，Ρ(η)为矩阵且：506 :判断迭代次数是否达到预设值Ν，若是，则自适应陷波算法结束，否则，转入步骤 S02〇5. 根据权利要求3所述的一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于，所述期望信 号d (η)的取值为：6. 根据权利要求4所述的一种基于自适应陷波器的锁相环，其特征在于，0< λ <1。
【专利摘要】本发明公开了一种基于自适应陷波器的锁相环，采用自适应陷波器，并通过合理的设置滤波参数，以消除电网电压畸变对锁相产生的影响，同时克服采用DFT或低通滤波方式带来的延时和动态响应慢的问题。本发明的有益效果是：可实现对谐波和闪变条件下的微电网电压相位的精确、快速锁相，以消除微电网电压谐波和闪变对并网变流装置相位检测的影响。
【IPC分类】H03L7/08
【公开号】CN104901685
【申请号】CN201510261123
【发明人】谢磊, 王彤, 韦徵, 宋飞
【申请人】南京南瑞太阳能科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月20日