本发明于电能变换与新能源分布式并网发电领域，具体涉及一种适用于复杂电网工况的三相电网电压跟踪锁相方法。
背景技术：
随着能源和环境问题的日益严峻，风力发电、光伏发电等新能源分布式并网发电技术越来越受到人们的重视，已经成为能源可持续发展战略的重要组成部分。分布式并网发电系统与电网相连，并网控制系统需要依据电网当前的状态通过控制算法向电网输送电能，因此电网电压状态信息的准确、快速跟踪是分布式发电并网控制过程所必须的。尤其是当三相电网存在不对称、畸变等复杂的工况时，电网电压波形为非正弦，且存在负序分量，电网电压传感器的非线性、温漂等因素也会影响电网电压的跟踪锁相，进而影响分布式并网发电系统的并网效果，从而降低并网电流的波形质量。
现有的三相电网电压跟踪锁相算法中，一种是通过比较器获取电网电压的过零点，从而计算出当前电网电压所处的相位，但是这种方法存在过零点重叠现象，且不能反映电网电压的幅值信息。将两相静止坐标系下的电网电压进行反正切运算也可以实时得到电网电压的相角，但这种方法只适用于三相电网电压为标准正弦且对称的情形，不能抑制电网复杂工况下非理想因素的影响。在三相静止坐标系和两项同步旋转坐标系下，对三相电网电压进行同步锁相，可以得到电网电压的相角、幅值和频率等信息，并且这种方法因其闭环特性使得其输出结果更为可靠，但仍不能解决电网电压存在不对称、畸变等复杂工况下的因素，加大滤波系数在一定程度上能够缓解这些因素的影响，但会降低电网电压同步跟踪锁相算法的带宽。此外，也有基于小波变换、卡尔曼滤波、神经网络等控制算法的电网电压跟踪锁相算法，但这些算法与本发明相比，其过程相对复杂，在一定程度上影响了其在分布式并网发电、有源电力滤波器、无功发生器等工程实践中的推广。
技术实现要素：
本发明针对现有电网电压锁相方法对不平衡、畸变等较复杂电网工况适应性差的问题，提供了一种适用于复杂电网工况的三相电压跟踪锁相方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种适用于复杂电网工况的三相电网电压跟踪锁相方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、采集三相电网电压uga、ugb、ugc，利用clark变换将uga、ugb、ugc变换为α、β两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ；
步骤2、将ugα、ugβ送入交流积分网络，输出电网电压在α、β两相静止坐标系下的基波正序分量ugα+、ugβ+和基波负序分量ugα-、ugβ-；
步骤3、以锁相环路输出
步骤4、设置幅值给定
步骤5、锁相环路滤波器的输出信号经过角频率前馈环节后，作为锁相环路压控振荡器的输入信号；
步骤6、以2π为除数，对压控振荡器的输出信号进行取余处理，得到电网电压相角的跟踪值
基于上述，步骤1中的clark变换公式为：
基于上述，步骤二中交流积分网络的工作过程为：
步骤21、将电网电压α轴分量ugα与交流积分网络输出信号α轴分量ugα+、ugα-比较后得到α轴偏差信号ugαe；
将电网电压β轴分量ugβ与交流积分网络输出信号β轴分量ugβ+、ugβ-比较后得到β轴偏差信号ugβe；
步骤22、以电网电压α、β轴偏差信号ugαe、ugβe为输入信号，分别接入正序交流积分单元和负序交流积分单元；
步骤23、对正序交流积分单元的两路输出信号进行比例放大，得到电网电压在α、β两相静止坐标系下的基波正序分量ugα+、ugβ+；
对负序交流积分单元的两路输出信号进行比例放大，得到电网电压在两相静止坐标系下的基波负序分量ugα-、ugβ-；
步骤24、以交流积分网络的输出信号ugα+、ugα+、ugβ+、ugβ-为交流积分网络的反馈信号构成完整的闭环。
基于上述，所述正序交流积分单元的频域方程为
所述负序交流积分单元的频域方程为
其中，xα+、xβ+分别为正序交流积分单元的输入信号；yα+、yβ+分别为正序交流积分单元的输出信号；xα-、xβ-分别为负序交流积分单元的输入信号；yα-、yβ-分别为负序交流积分单元的输出信号；s为输入、输出信号相位变化的频率；ω1为各个算子的角频率，设定为100π。
基于上述，步骤3中的park变换公式为：
基于上述，步骤4中锁相环路滤波器为pi环节，其表达式为
基于上述，步骤五中角频率前馈信号的选择以电网电压角频率为准，ωf＝100π；压控振荡器为纯积分环节，其表达式为1/s。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著进步，具体的，本发明所提供的三相电网电压跟踪锁相方法，能够有效抑制复杂电网工况下电网电压的谐波和负序成分干扰，适用于电网电压存在畸变、不对称等较为复杂的工况，增强新能源并网发电系统、静止无功发生器在较复杂工况下的适应性，也可以为有源滤波器中的谐波检测算法提供参考。
附图说明
图1为本发明方法的结构框图。
图2为图1中所涉及的交流积分网络。
图3为图2中所涉及的正序交流积分单元。
图4为图2中所涉及的负序交流积分单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示，一种适用于复杂电网工况的三相电网电压跟踪锁相方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1、采集三相电网电压uga、ugb、ugc，利用clark变换将uga、ugb、ugc变换为α、β两相静止坐标系下的电网电压ugα、ugβ；其中，clark变换公式为：
步骤2、将ugα、ugβ送入交流积分网络，输出电网电压在α、β两相静止坐标系下的基波正序分量ugα+、ugβ+和基波负序分量ugα-、ugβ-；
步骤3、以锁相环路输出
步骤4、设置幅值给定
步骤5、锁相环路滤波器的输出信号经过角频率前馈环节后，作为锁相环路压控振荡器的输入信号；其中，角频率前馈信号的选择以电网电压角频率为准，ωf＝100π；压控振荡器为纯积分环节，其表达式为1/s；
步骤6、以2π为除数，对压控振荡器的输出信号进行取余处理，得到电网电压相角的跟踪值
往复执行步骤1至步骤6，即可实现三相电网电压同步跟踪锁相方法的持续运行。
在其他实施例中，如图2-4所示，步骤二中交流积分网络的工作过程为：
步骤21、将电网电压α轴分量ugα与交流积分网络输出信号α轴分量ugα+、ugα-比较后得到α轴偏差信号ugαe；
将电网电压β轴分量ugβ与交流积分网络输出信号β轴分量ugβ+、ugβ-比较后得到β轴偏差信号ugβe；
步骤22、以电网电压α、β轴偏差信号ugαe、ugβe为输入信号，分别接入正序交流积分单元和负序交流积分单元；
步骤23、对正序交流积分单元的两路输出信号进行比例放大，得到电网电压在α、β两相静止坐标系下的基波正序分量ugα+、ugβ+；
对负序交流积分单元的两路输出信号进行比例放大，得到电网电压在两相静止坐标系下的基波负序分量ugα-、ugβ-；
具体的，所述正序交流积分单元的频域方程为
所述负序交流积分单元的频域方程为
其中，xα+、xβ+分别为正序交流积分单元的输入信号；yα+、yβ+分别为正序交流积分单元的输出信号；xα-、xβ-分别为负序交流积分单元的输入信号；yα-、yβ-分别为负序交流积分单元的输出信号；s为输入、输出信号相位变化的频率；ω1为各个算子的角频率，设定为100π；
步骤24、以交流积分网络的输出信号ugα+、ugα+、ugβ+、ugβ-为交流积分网络的反馈信号，依此往复，构成完整的闭环跟踪锁相控制系统。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。