一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环

本发明属于电网电压相位信号检测提取相关，特别涉及一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环。

背景技术：

1、近年来，并网功率转换器广泛应用于可再生能源集成和利用的新兴领域，例如小规模光伏发电、并网储能和电动汽车充电等。而锁相环(pll)对并网功率转换器的稳定性具有显著影响。作为一种新兴的电网同步技术，同步参考坐标系锁相环(srf-pll)由于其动态性能快、结构简单等优点引起了越来越多的研究兴趣。

2、此外，电力电子器件的爆炸式增长导致直流偏移和电网中的谐波污染，在复杂电网环境下的电网谐波分量和直流偏移分量会引起锁相环相位角和频率测量中的基频波动，这对锁相环的同步性能造成了前所未有的挑战。

3、为了克服标准锁相环容易受到复杂电网环境的影响，spf-pll通常会合并额外的滤波器，例如移动平均滤波器(maf)、陷波滤波器(nf)、延迟信号消除(dsc)运算器、双复系数滤波器(dccf)、双二阶广义积分器(dsogi)等。这些技术通常将滤波器放置在锁相环控制回路之前，这样便不会使控制环路产生相位延迟。此外，附加滤波器的参数通常是频率自适应的，以便在实践中处理电网频率变化。有益的是，这些基于附加滤波器的先进srf-pll可以有效地抑制稳态下的输入干扰，即使电网频率偏离额定值很大。虽然上述技术有滤波特性好的优点，但是在实际应用中，电网各种短期干扰，电压骤降，直流偏移等等特殊情况时有发生，而在这些复杂电网环境下依旧能使得锁相环保持快速和平滑的电网相角跟踪是这些方法不具备的缺陷，因此，如何在不违反电网规范限制的情况下开发可应用在复杂电网环境的并网锁相环具有一定的实用性。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决上述技术的不足，提供一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环。

2、为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案是：

3、本发明提出了一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环，该基于适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环由三相电网电压的克拉克变换单元、组合型滤波器、比例控制器kp、相位补偿器积分环节1/s组成。

4、三相电网电压vabc接入坐标变换单元的输入端，克拉克变换单元的输出端与组合型滤波器的输入端相连，组合型滤波器的输出端与反正切运算单元的输入端相连，反正切运算单元的输出端连接在比例分控制器kp的输入端，比例控制器kp的输出信号与固有频率ωn相加后输入积分环节1/s的输入端，积分环节1/s的输出端输出相位估计值此外比例控制器kp的输出信号还与相位补偿器的输入端相连，积分环节1/s的输出端与坐标变换单元的输入端相连，积分环节1/s的输出与反正切运算单元的输出端及相位补偿器的输出端相加输出锁相结果

5、所述组合型滤波器，可在存在谐波干扰和直流偏移电压混入等复杂电网环境下工作，由双增强型三阶广义积分器(detogi)、帕克变换器和滑动平均滤波器(maf)组成，其中双增强型三阶广义积分器(detogi)可以消除复杂环境下电网电压中的基波负序电压和直流偏移电压，滑动平均滤波器(maf)可以消除复杂环境下电网电压中的主要谐波电压；

6、所述双增强型三阶广义积分器(detogi)，由两个增强型三阶广义积分器(etogi)通过并行交错结构构成，其在αβ坐标系下的传递函数公式为

7、

8、式中，为谐振频率，s表示s域，ξ值通常取0.7，k取380。

9、双增强型三阶广义积分器可在αβ坐标系下准确提取的三相电网电压基波正序电压并消除基波负序电压和直流偏移电压；

10、所述增强型三阶广义积分器(etogi)，其结构是由三个积分器、四个加法器、三个乘法器和三个常数比例控制器组成，其结构包含消除直流偏移电压的特点，其传递函数公式为

11、和

12、

13、式中，u为增强型三阶广义积分器的输入，vea和veb分别为增强型三阶广义积分器的两个输出；

14、所述组合型滤波器的s域传递函数可由双增强型三阶广义积分器(detogi)在dq坐标系下传递函数和滑动平均滤波器(maf)组合得到，其传递函数公式为

15、

16、所述组合型滤波器可以在复杂电网环境下消除基波负序电压、直流偏移电压及谐波电压，进而实现准确追踪三相电网相位的功能。

17、本发明的有益效果：

18、本发明提出的一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环，可增强锁相环在复杂电网环境下的抗干扰能力，同时还可显著提升锁相环在复杂电网环境下的相位追踪准确度。对比其他锁相方法，该发明具有应对电网变化响应时间短，滤波能力强等优势。

技术特征：

1.一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环，其特征在于：该适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环由三相电网电压的克拉克变换单元、组合型滤波器、比例控制器kp、相位补偿器积分环节1/s组成；

2.根据权利要求1所述的适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环，其特征在于:

3.根据权利要求2所述的双增强型三阶广义积分器(detogi)，其特征在于:

4.根据权利要求1所述的增强型三阶广义积分器(etogi)，其特征在于:

5.根据权利要求1所述的组合型滤波器，其特征在于:

技术总结
本发明提供一种适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环，属于电网电压相位信号检测提取相关技术领域。本发明针对复杂电网环境下，传统锁相环锁相精度差的问题，提出适用于复杂电网环境的电网同步软件锁相环。为了提高锁相环适应性，本发明设计出一种可有效消除直流偏移电压的增强型三阶广义积分器，并利用复变滤波器的思想构造出双增强型三阶广义积分器。同时，引入用于滤除电网各次谐波分量的滑动平均滤波器，将设计的双增强型三阶广义积分器与滑动平均滤波器结合形成组合型滤波器进而纳入到三相并网锁相环中，实现复杂电网电压准确获取电网电压相位的目的。本发明主要用于复杂电网电压环境下的并网同步过程中。

技术研发人员：回楠木,韩晓微,吴宝举
受保护的技术使用者：沈阳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15