一种基于微分消谐的DSOGI锁相环的制作方法

本发明涉及电网电压相位检测和谐波抑制技术领域，尤其涉及一种基于微分消谐的dsogi锁相环。

背景技术：

在光伏并网、分布式发电、柔性交流输电、有源滤波器、高压直流输电等领域，由于并网变换器的广泛使用，要求并网变换器需要合理控制。其中电网同步是一个基本问题，准确实时地估算电网电压信号的幅值、频率和相角是其主要任务。电网实际运行中往往会出现不平衡、电压谐波畸变等非理想现象，这些现象对锁相环提出较高的性能要求。

基于同步参考坐标系锁相环(synchronousreferenceframepll，srf-pll)技术。在理想电网情况下具有良好的频率/相位跟踪和动态性能，但当电网电压存在谐波时，频率估计会出现大范围的波动，无法准确地检测电压同步信号。基于双同步参考坐标系的锁相环(decoupledoublesynchronousreferenceframepll，ddsrf-pll)包含以正序同步转速和负序同步转速旋转的两个旋转坐标系，通过解耦网络消除由电压不对称所引起的参考坐标轴上2倍频的振荡，但其结构比较复杂且抑制谐波的能力有限,需另外加入低通滤波器来滤除谐波影响，这样会降低系统的动态响应速度。

基于二阶广义积分器锁相环(dsogi-pll)利用四分之一周期延时提取交流信号，并且具有滤除谐波的能力，可以在电网电压发生畸变的条件下锁定相位。但是当电网谐波含量较大时，dsogi提取的基频信号会引起定向电压的脉动。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于微分消谐的dsogi锁相环。

本发明提出的一种基于微分消谐的dsogi锁相环，包括：dsogi、微分消谐单元、基于两相同步旋转坐标系的帕克变换、比例积分器、积分环节和正余弦计算单元；

dsogi的输入端接入三相电网电压uabc，dsogi的输出端与微分消谐单元输入端相连，微分消谐单元的输出端与帕克变换的输入端相连；微分消谐单元用于对dsogi输出的和进行微分运算以消除谐波；

帕克变换的输出端与比例积分控制器的输入端相连，比例积分控制器的输出信号与固有频率ωf相加后输入积分环节1/s的输入端，积分环节1/s的输出端用于输出锁相结果θ，正余弦计算单元接入锁相结果θ进行正余弦计算，正余弦计算单元的输出端与帕克变换的输入端相连。

优选的，dsogi包括克拉克变换和sogi，dsogi通过克拉克变换将三相电网电压uabc变换为两相静止坐标系下的电压uα和uβ，uα经过sogi后产生u′α和滞后90°的qu′α，uβ经过sogi后产生u′β和滞后90°的qu′β；dsogi耦合u′α和qu′β后输出耦合qu′α和u′β后输出

优选的，三相电网电压经克拉克变换转变为两相静止坐标系下的电压的变换模型为：

优选的，dsogi中的sogi的传递函数中，k取值1.414。

优选的，微分消谐单元采用单元顺序级联形式依次消除各次谐波。

优选的，微分消谐单元首先对dsogi输出的进行微分，然后在再对微分结果进行消元；

微分原理为：

消元原理为：

本发明提出的一种基于微分消谐的dsogi锁相环，对传统的dsogi锁相环进行改进，引入微分消谐单元，将dsogi的输出与微分消谐单元相连形成新的控制器，使基于微分消谐的dsogi锁相环的谐波提取精度提高。

本发明主要适用于电网电压畸变时的相位检测，通过本发明可在三相电压发生严重畸变时，准确检测三相电压基波正序分量的相位值，提高相关谐波电流提取算法精度，从而优化谐波抑制装置的补偿效果。

附图说明

图1是图1是dsogi控制结构框图；

图2是sogi控制结构框图；

图3是dsogi-pll系统控制结构框图；

图4是微分消谐单元；

图5是微分消谐的dsogi锁相环结构图；

图6是三相谐波电网电压波形；

图7是改进锁相环前后谐波电网下d轴输出电压仿真波形；

图8是改进锁相环前后谐波电网下锁相环相角差仿真波形。

具体实施方式

参照图5，本发明提出的一种基于微分消谐的dsogi锁相环，包括：dsogi、微分消谐单元、基于两相同步旋转坐标系的帕克变换、比例积分器、积分环节和正余弦计算单元。

dsogi的输入端接入三相电网电压uabc，dsogi的输出端与微分消谐单元输入端相连，微分消谐单元的输出端与帕克变换的输入端相连。微分消谐单元用于对dsogi输出的和进行微分运算以消除谐波。

帕克变换的输出端与比例积分控制器的输入端相连，比例积分控制器的输出信号与固有频率ωf相加后输入积分环节1/s的输入端，积分环节1/s的输出端用于输出锁相结果θ，正余弦计算单元接入锁相结果θ进行正余弦计算，正余弦计算单元的输出端与帕克变换的输入端相连。

本实施方式中，dsogi内的克拉克变换，将三相电网电压uabc变换为两相静止坐标系下的电压uα和uβ，uα经过sogi后产生u′α和滞后90°的qu′α，uβ经过sogi后产生u′β和滞后90°的qu′β，最后dsogi耦合u′α和qu′β后输出耦合qu′α和u′β后输出

具体的，dsogi原理如图1所示，三相电网电压经克拉克变换转变为两相静止坐标系下的电压，变换过程如下：

dsogi中的sogi原理如图2所示，其传递函数为：

其中，为基波角频率，k为sogi的系统增益，工程上取1.414。

由以上公式(2)可得出：

由以上公式(3)可知，输出信号qu′α总比u′α滞后90°，与k、ω、的取值无关，即输出信号qu′α和u′α正交。

参照图3，dsogi中的sogi的输入信号为正负序和谐波分量的电压信号，sogi产生的输出信号也包含有正负序和谐波分量，具体可表示为：

正交信号分别为：

dsogi的输出信号为：

对以上公式(6)微积分后可得：

结合以上公式(7)，通过消元法，可得消除h1次后的电压为：

以此类推，运算至hi次谐波电压消除时，输出电压信号和的表达式为：

当计算到hi＝hn时，

微分消谐单元的原理如图4所示。采用单元顺序级联形式，可以依次消除各次谐波。具体实现可在传统dsogi的结构基础上，将dsogi输出信号后串接上微分消谐单元，将微分消谐单元输出信号作为锁相环节输入信号进行锁相，改进后的锁相环整体控制框图如图5所示。最终微分消谐单元输出的电压和作为帕克变换的输入端。

如此，本实施方式中，将dsogi输出的和进行微分运算，对需要消除的谐波进行消元，即可消除该次谐波。连续的消谐运算，可最终实现输出电压高度正弦。

图6为电网电压畸变时的波形，电网电压线电压有效值为380v，5、7次谐波电网电压各含5％。

图7为改进锁相环前后谐波电网下d轴输出电压仿真波形，由于与比例积分控制器的输入端相连，故理论上最终为0。在电网电压含有谐波的条件下，k取1.414时，传统dsogi锁相环的输出d轴电压脉动分量较大，进行锁相时会引起锁相环输出相角的准确度降低。采用改进的谐波消除方法后，d轴电压脉动分量明显降低，输出波形更为平滑，此时用于定向的准确度会明显提高。

在电网电压含有谐波的条件下，k取1.414时，实际锁相环相角θ0与传统dsogi锁相环输出相角θ1，以及与谐波电压消除后的锁相环输出相角θ2之间的关系如图8所示。θ0与θ1的sin差值(cos函数差值)比θ0与θ2的sin差值(cos函数差值)波动大，表明采用微分消谐单元后的相位跟踪更为准确。在电压等级较高时，采用改进后锁相环产生的定向的准确度也会有较高的精度。

以上所述，仅为本发明涉及的较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。