锁相方法、装置及设备与流程

本申请涉及电力电子控制领域，尤其涉及一种锁相方法、装置及设备。

背景技术

随着现代工业的发展，电力电子装置和非线性负载的广泛应用产生了大量的谐波，导致电力系统中谐波电流成分迅速增长，电流波形畸变，加大了线损和用电设备的损耗，系统功率因素急剧降低，严重影响电网电能质量。

由于脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)整流器能够实现网侧电流正弦化并且运行于单位功率因数状态下，而且又具备双向能量回馈的功能。因此pwm整流器在交流变换直流跟直流变换交流的场合得到广泛的应用。

pwm整流器的一个重要性能指标是获得交流输入侧的单位功率因数。然而，受硬件延时的检测误差、电压输入谐波及相位、频率波动的影响，一般的锁相方法很难实现相位的实时有效跟踪，动态响应速度较慢，且抗扰动能力较差。因此，为了实现单位功率因数，就要实现电网输入电流实时跟踪电网输入电压，即实现输入电流和输入电压的同频同相。而且，由于单相电网只有一个自由度分量，对于单相pwm整流来说，不能像三相pwm整流那样直接进行dq坐标变换。如果在单相pwm整流里面用dq坐标变换来继续锁相，需要虚拟另外一个相位差90度的自由分量，并使用电压park变换来处理相位角跟踪，但是该方法计算量大并且精度差。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种锁相方法、装置及设备，以期提供一种适用于单相pwm整流的锁相方法，计算量小且精度高。

本申请实施例第一方面提供了一种锁相方法，包括：

在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信号；

设定一个长度为l的数组，其中，所述l由所述电网电压的频率、采样频率共同决定；设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；

根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；

将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相。

结合本申请实施例第一方面，在本申请实施例第一方面的第一种实现方式中，所述设定一个长度为l的数组之前，所述方法还包括：确定数组长度l的值。

结合本申请实施例第一方面的第一种实现方式，在本申请实施例第一方面的第二种实现方式中，所述确定数组长度l的值，包括：

根据所述电网电压信号波的频率确定所述信号波的周期；

根据所述信号波的周期确定所述信号波的四分之一周期所占的时长；

根据所述采样频率确定所述采样周期；

根据所述信号波的四分之一周期所占的时长以及所述采样周期确定所述信号波的四分之一周期内的采样点数，即所述长度l的值。

结合本申请实施例第一方面，在本申请实施例第一方面的第三种实现方式中，所述根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub，包括：

使所述第一变量s1在所述信号波的四分之一周期内循环采样，并缓存所述第一变量s1采样的元素信息；

根据所述第一变量s1的循环采样，缓存所述第二变量s2采样的元素信息；

根据所述第一变量s1采样的元素信息生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2采样的元素信息生成第二信号波ub。

结合本申请实施例第一方面，在本申请实施例第一方面的第四种实现方式中，所述元素信息至少包括角度信息和电压值信息。

本申请实施例第二方面提供了一种锁相装置，包括：

采样模块，用于在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信号；

第一设定模块，用于设定一个长度为l的数组，其中，所述l由所述电网电压的频率、采样频率共同决定；

第二设定模块，用于设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；

生成模块，用于根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；

变换模块，用于将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相。

结合本申请实施例第二方面，在本申请实施例第二方面的第一种实现方式在中，所述装置还包括确定模块，用于在所述第一设定模块设定一个长度为l的数组之前，确定数组长度l的值。

结合本申请实施例第二方面第一种实现方式，在本申请实施例第二方面的第二种实现方式中，所述确定模块包括：

第一确定单元，用于根据所述电网电压信号波的频率确定所述信号波的周期；

第二确定单元，用于根据所述信号波的周期确定所述信号波的四分之一周期所占的时长；

第三确定单元，用于根据所述采样频率确定所述采样周期；

第四确定单元，用于根据所述信号波的四分之一周期所占的时长以及所述采样周期确定所述信号波的四分之一周期内的采样点数，即所述长度l的值。

结合本申请实施例第二方面，在本申请实施例第二方面的第三种实现方式中，所述生成模块包括：

第一缓存单元，用于使所述第一变量s1在所述信号波的四分之一周期内循环采样，并缓存所述第一变量s1采样的元素信息；

第二缓存单元，用于根据所述第一变量s1的循环采样，缓存所述第二变量s2采样的元素信息；

生成单元，用于根据所述第一变量s1采样的元素信息生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2采样的元素信息生成第二信号波ub。

结合本申请实施例第二方面，在本申请实施例第二方面的第四种实现方式中，所述元素信息至少包括角度信息和电压值信息。

本申请实施例第三方面提供了一种锁相设备，包括：

存储器，用于存储锁相程序指令；

处理器，用于调用所述锁相程序指令，并执行本申请实施例第一方面或第一方面任一种实现方式中的锁相方法。

实施本申请实施例，可以通过在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信号；同时根据所述电网电压的频率和采样频率设定一个长度为l的数组；再通过设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相，从而使得本申请实施例所示的锁相方法计算量小，可靠性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的锁相方法流程图；

图2为本申请实施例提供的生成第一信号波及第二信号波的方法流程图；

图3为本申请另一实施例提供的锁相方法流程图；

图4为本申请实施例提供的l值确定方法流程图；

图5为本申请实施例提供的锁相装置结构图；

图6为本申请另一实施例提供的锁相装置结构图；

图7为本申请实施例提供的确定模块结构图；

图8为本申请实施例提供的生成模块结构图；

图9为本申请实施例提供的锁相设备结构图。

具体实施方式

本申请说明书、权利要求书和附图中出现的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面首先结合相关附图来举例介绍下本申请实施例方案可能用到的流程图。

如图1所示，图1为本申请实施例提供的锁相方法，至少可以包括以下几个步骤：

s101：在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信息。

具体地，电网电压的频率为50hz±0.2hz，信号波可以是正弦信号，也可以是余弦信号，频率为47～63hz。采样范围为电网电压信号的四分之一个周期。

s102：设定一个长度为l的数组。

具体地，所述l由所述电网电压的频率、采样频率共同决定。

具体地，按照预设的采样频率，在上述电网电压信号的四分之一个周期上采集l个信号点。将这l个信号点依次在所述数组中存储。

s103：设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1。

具体地，第一变量s1可以是一个指针，其指向数组中存储的当前电网电压采样值。第二变量s2可以是一个指针，变量s2指向的元素为s1+1所指元素。例如，当s1指向第一个元素时，s2指向第二个元素；当s1指向第l个元素时，s2指向第一个元素。采样的电网电压数据在数组中循环存储，即若当前采样数据存储在数组最末端，则下一采样数据存储在数组首端。可以知道的是，s1所指的第n个元素始终与s2所指的第n个元素的相位差为90°，其中，1≤n≤l。

s104：根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub。

具体地，第一变量s1与第二变量s2可以是指针。由于s2＝s1+1，s1所指的第n个元素始终与s2所指的第n个元素的相位差为90°。因此，根据第一变量s1生成的第一信号波ua与根据第二变量s2生成的第二信号波ub之间的相位差为90°。

请参阅图2，图2为生成第一信号波及第二信号波的方法，至少包括以下几个步骤：

s1041：使所述第一变量s1在所述信号波的四分之一周期内循环采样，并缓存所述第一变量s1采样的元素信息。

具体地，第一变量s1在信号波的四分之一周期内循环采样，当采样到第l个点后，返回第一个采样点，继续采样，并缓存第一变量s1采样的所有元素的元素信息。

具体地，元素信息至少可以包括该元素对应的角度信息及对应的电压值信息。

s1042：根据所述第一变量s1的循环采样，缓存所述第二变量s2采样的元素信息。

具体地，第一变量s1始终指向存储在数组中的当前元素(即当前电网电压的采样值)，s2＝s1+1，变量s2指向的元素为s1+1所指元素。特别地，当s1指向数组中最后一个元素时，s2此时指向数组中的第一个元素。缓存第二变量s2指向的数组内的每一个元素的元素信息。

s1043：根据所述第一变量s1采样的元素信息生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2采样的元素信息生成第二信号波ub。

具体地，第一变量s1所指元素的角度信息与第二变量s2所指元素的角度信息相差90°，且维持不变。例如，假设第一变量s1所指元素的角度信息为α，第二变量s2所指元素的角度信息为β。那么当第一变量s1所指元素的角度信息α为0°时，第二变量s2所指元素的角度信息β为－90°；那么当第一变量s1所指元素的角度信息α为90°时，第二变量s2所指元素的角度信息β为0°。

具体地，第一变量s1采样的元素信息组成了数字信号，并根据数字信号生成模拟信号ua；第二变量s2采样的元素信息组成了数字信号，并根据数字信号生成模拟信号ub。

具体地，由于s2＝s1+1，s1所指的第n个元素始终与s2所指的第n个元素的相位差为90°。因此，根据第一变量s1生成的第一信号波ua与根据第二变量s2生成的第二信号波ub之间的相位差为90°。

s105：将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相。

具体地，第一信号波ua与第二信号波ub之间的相位差为90°，对ua和ub进行park变换，转换成dq坐标系中的ud，uq分量，实现相位角跟踪。

实施本申请实施例，可以通过在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信号；同时根据所述电网电压的频率和采样频率设定一个长度为l的数组；再通过设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相，从而使得本申请实施例所示的锁相方法计算量小，可靠性高。

如图3所示，图3为本申请另一实施例提供的锁相方法，至少可以包括以下几个步骤：

s201：在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信号。

与s101一致，在此不再赘述。

s202：确定数组长度l的值。

具体地，l的值由所述电网电压的频率、采样频率共同决定。根据香农采样定理，为了不失真的恢复模拟信号，采样频率应该不小于模拟信号频谱中最高频率的两倍。可以知道是的电网电压的正弦信号即为模拟信号，正弦信号波的频率为47～63hz，需要扩展一定的自适应频率范围，在本申请中将该频率范围扩展为40～70hz，那么当正弦信号波的频率为40hz时，采样频率不小于80hz即可保证不失真的恢复模拟信号，当正弦信号波的频率为70hz时，采样频率不小于140hz即可保证不失真的恢复模拟信号。采样频率越高，采集模拟信号的精度也就越高。在本申请实施例中，采样频率设为30khz，假设信号波的频率为40hz。

请参阅图4。图4为本申请实施例提供的l值确定方法，至少可以包括以下几个步骤：

s2021：根据所述电网电压信号波的频率确定所述信号波的周期。

具体地，电网电压信号波的频率fs为40hz，则电网电压信号波的周期为25ms。

s2022：根据所述信号波的周期确定所述信号波的四分之一周期所占的时长。

具体地，电网电压信号波的周期为25ms，则四分之一周期所占的时长为6250us。

s2023：根据所述采样频率确定所述采样周期。

具体地，采样频率设为30khz，则采样周期为33.33us。

s2024：根据所述信号波的四分之一周期所占的时长以及所述采样周期确定所述信号波的四分之一周期内的采样点数，即所述长度l的值。

具体地，四分之一周期所占的时长为6250us，采样周期为33.33us，则在所述信号波的四分之一周期内的采样点数至少为6250us/33.33us＝188。因此，长度l的值大于188即可。

可以知道的是，信号波的频率越高，周期越小。以固定的采样频率在信号波的四分之一周期内的采样点数越少。因此，计算出信号波频率最低的情况下的采样点数，即可涵盖整个频率范围内的采样情况。

s203：设定一个长度为l的数组。

与s102一致，在此不再赘述。

s204：设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1。

与s103一致，在此不再赘述。

s205：根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub。

与s104一致，在此不再赘述。

s206：将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相。

与s105一致，在此不再赘述。

实施本申请实施例，可以通过在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信号；同时根据所述电网电压的频率和采样频率设定一个长度为l的数组；再通过设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相，从而使得本申请实施例所示的锁相方法、装置及设备计算量小，可靠性高。

本申请实施例相应的提供了一种锁相装置。如图5所示，锁相装置10至少可以包括采样模块110、第一设定模块120、第二设定模块130、生成模块140、变换模块150，其中：

采样模块110，用于在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信息。

第一设定模块120，用于设定一个长度为l的数组，其中，所述l由所述电网电压的频率、采样频率共同决定。

第二设定模块130，用于设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1。

生成模块140，用于根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub。

变换模块150，用于将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相。

在一个可能的实施例中，如图6所示，锁相装置10除了包括采样模块110、第一设定模块120、第二设定模块130、生成模块140、变换模块150外，还可以包括：确定模块160，用于在所述第一设定模块120设定一个长度为l的数组之前，确定数组长度l的值。

在一个可能的实施例中，确定模块160可以包括第一确定单元1610、第二确定单元1620、第三确定单元1630、第四确定单元1640，如图7所示。

第一确定单元1610，用于根据所述电网电压信号波的频率确定所述信号波的周期；

第二确定单元1620，用于根据所述信号波的周期确定所述信号波的四分之一周期所占的时长；

第三确定单元1630，用于根据所述采样频率确定所述采样周期；

第四确定单元1640，用于根据所述信号波的四分之一周期所占的时长以及所述采样周期确定所述信号波的四分之一周期内的采样点数，即所述长度l的值。

在一个可能的实施例中，生成模块140可以包括第一缓存单元1410、第二缓存单元1420、生成单元1430，如图8所示。

第一缓存单元1410，用于使所述第一变量s1在所述信号波的四分之一周期内循环采样，并缓存所述第一变量s1采样的元素信息。

第二缓存单元1420，用于根据所述第一变量s1的循环采样，缓存所述第二变量s2采样的元素信息。

生成单元1430，用于根据所述第一变量s1采样的元素信息生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2采样的元素信息生成第二信号波ub。

在一个可能的实施例中，所述元素信息至少包括角度信息和电压值信息。

可理解的是，本实施例的锁相装置10的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，此处不再赘述。

实施本申请实施例，可以通过在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信息；同时根据所述电网电压的频率和采样频率设定一个长度为l的数组；再通过设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相，从而使得本申请实施例所示的锁相方法计算量小，可靠性高。

本申请实施例相应的提供了一种锁相设备。如图9所示，锁相设备20至少可以包括：

存储器210，用于存储锁相程序；

处理器220，用于调用存储器210中存储的锁相程序，并执行：

在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信息；

设定一个长度为l的数组，其中，所述l由所述电网电压的频率、采样频率共同决定；

设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；

根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；

将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相。

在一种可能的实施例中，在设定一个长度为l的数组之前，处理器220还用于：确定数组长度l的值。

在一种可能的实施例中，处理器220确定数组长度l的值，包括：

根据所述电网电压信号波的频率确定所述信号波的周期；

根据所述信号波的周期确定所述信号波的四分之一周期所占的时长；

根据所述采样频率确定所述采样周期；

根据所述信号波的四分之一周期所占的时长以及所述采样周期确定所述信号波的四分之一周期内的采样点数，即所述长度l的值。

在一种可能的实施例中，处理器220根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub，包括：

使所述第一变量s1在所述信号波的四分之一周期内循环采样，并缓存所述第一变量s1采样的元素信息；

根据所述第一变量s1的循环采样，缓存所述第二变量s2采样的元素信息；

根据所述第一变量s1采样的元素信息生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2采样的元素信息生成第二信号波ub。

在一种可能的实施例中，所述元素信息至少包括角度信息和电压值信息。

实施本申请实施例，可以通过在电网电压信号波的四分之一周期内循环采样电网电压信息；同时根据所述电网电压的频率和采样频率设定一个长度为l的数组；再通过设定第一变量s1与第二变量s2，其中，s2＝s1+1；根据所述第一变量s1生成第一信号波ua，并根据所述第二变量s2生成第二信号波ub；将所述第一信号波ua与所述第二信号波ub进行电压park变换，实现锁相，从而使得本申请实施例所示的锁相方法、装置及设备计算量小，可靠性高。

本申请实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本申请实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所述，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当理解：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，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。