一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及PWM變流器領(lǐng)域，特別涉及三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在PWM變流器領(lǐng)域，需要獲得電網(wǎng)電壓相位從而對(duì)對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行控制。三相電 網(wǎng)電壓不對(duì)稱情況下，由于電網(wǎng)電壓中含有負(fù)序分量，因此傳統(tǒng)的鎖相方法不能不能通過(guò) PI控制器最終鎖定電網(wǎng)電壓的準(zhǔn)確相位。錯(cuò)誤的相位鎖定結(jié)果將使后續(xù)的控制方法產(chǎn)生不 可預(yù)估的錯(cuò)誤。通常的做法是在數(shù)字PI環(huán)節(jié)前加入數(shù)字帶阻濾波器，但是由于數(shù)字帶阻濾 波器相對(duì)于數(shù)字低通濾波器的參數(shù)，因此增加了數(shù)字處理器的負(fù)擔(dān)，增加了計(jì)算量。本發(fā)明 采用的數(shù)字低通濾波器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，控制效果優(yōu)良，可以在三相電壓不對(duì)稱下，準(zhǔn) 確鎖定電網(wǎng)電壓正序分量的相位角。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明提出了一種在數(shù)字PI環(huán)節(jié)前加入數(shù)字低 通濾波器的三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法。數(shù)字低通濾波器可以濾除v q[n]中由于 負(fù)序分量引起的約為電網(wǎng)電壓頻率2倍的諧波含量，從而可以準(zhǔn)確鎖定電網(wǎng)電壓中正序分 量的相位。
[0004] 本發(fā)明通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。
[0005] -種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其包括如下步驟：第一步，將不對(duì)稱的 a、b、c三相電壓采樣值ua[n]、ub[n]、u。[η]通過(guò)Clark變換得到電壓值V a [n]、Vp [η];第 二步，將電壓值Va [η]、Vp [η]通過(guò)Park變換得到電壓值Vd [η]、Vq [η];第三步，將Park變 換得到的電壓Vq[n]經(jīng)過(guò)數(shù)字低通濾波器送入數(shù)字PI環(huán)節(jié)；第四步，將數(shù)字PI環(huán)節(jié)的輸出 與基準(zhǔn)頻率相加后進(jìn)行數(shù)字積分；第五步，將數(shù)字積分得到的a相電壓相位Θ送入Park變 換進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，計(jì)算電網(wǎng)電壓相位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于包括如下步驟：第一步，將 a、b、c三相電壓采樣值ua[n]、ub[n]、u。[η]通過(guò)Clark變換得到電壓值V a [n]、Vp [η];第 二步，將電壓值Va [η]、Vp [η]通過(guò)Park變換得到電壓Vd [η]、Vq [η];第三步，將Park變換 得到的電壓Vq[n]經(jīng)過(guò)數(shù)字低通濾波器送入數(shù)字PI環(huán)節(jié)；第四步，將數(shù)字PI環(huán)節(jié)的輸出與 基準(zhǔn)頻率相加后進(jìn)行數(shù)字積分；第五步，將數(shù)字積分得到的a相電壓相位Θ送入Park變換 進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，計(jì)算電網(wǎng)電壓相位。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于， 所述三相電壓不對(duì)稱情況是指三相電壓中不但含有正值相同，角頻率相同，相位依次滯后 2 π /3弧度的余弦量，負(fù)序分量為一組幅值相同，角頻率相同，相位依次超前2 π /3弧度的 余弦量，三相電壓的每一相均是正序分量和負(fù)序分量的對(duì)應(yīng)項(xiàng)之和，即不對(duì)稱的三相電壓 ua、ub、u。可以表示為
A是正序分量的幅 值，B是負(fù)序分量的幅值，ω是角頻率，t是時(shí)間，P是負(fù)序分量的初始相角。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所
述Clark變換是指 ua[n]、ub [n]、u。[η]為不對(duì)稱的三 ) 相電壓第η個(gè)米樣時(shí)刻的米樣值，Va [η]、Vp [η]為Clark變換后的兩相電壓值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所 述Park變換是：
其中，Θ是數(shù)字積分環(huán)節(jié)得到的相位 角，Vd [n]、Vq [η]是Park變換后的電壓值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所述 數(shù)字低通濾波器的輸入X (η)與輸出y (η)滿足如下關(guān)系： y[n] = 0· 3138x[n]-0. 6267x[n-l]+0. 3138x[n-2]+l. 9824y[n-l]-0. 9837y[n-2]， x[n]表示第n個(gè)采樣時(shí)刻的輸入值，x[n-l]表示第n-1個(gè)采樣時(shí)刻的輸入值，x[n-2]表示 第n-2個(gè)米樣時(shí)刻的輸入值，y[n]表不第η個(gè)米樣時(shí)刻的輸出值，y[n-l]表不第n-Ι個(gè)米 樣時(shí)刻的輸出值，y [n-2]表示第n-2個(gè)采樣時(shí)刻的輸出值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所述 數(shù)字 PI 環(huán)節(jié)是指 y[n] lylji-lXkp+kDeljlil-kpelji-l]，e[n]為數(shù)字 PI 環(huán)節(jié)第 η 個(gè)采 樣時(shí)刻的輸入，e[i]為數(shù)字PI環(huán)節(jié)第i個(gè)采樣時(shí)刻的輸入，η為正整數(shù)，Ts為采樣周期， y[n]為數(shù)字PI環(huán)節(jié)第η個(gè)時(shí)刻的輸出，比例系數(shù)kP、積分系數(shù)1^根據(jù)設(shè)定的數(shù)字低通濾 波器輸出曲線達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間t max確定：在本發(fā)明所述的閉環(huán)系統(tǒng)中，保持積分系數(shù)k $ O 且按照步長(zhǎng)1逐漸增大比例系數(shù)kP，當(dāng)比例系數(shù)為Kpfinal時(shí)，數(shù)字低通濾波器的輸出曲線在 設(shè)定的時(shí)間t max內(nèi)達(dá)到期望輸出值O的±5%范圍內(nèi)并且保持穩(wěn)定，則確定比例系數(shù)kP= o. SKpfinal，然后保持比例系數(shù)kP= 0. SKmna^變且按照步長(zhǎng)1逐漸增大積分系數(shù)Ic1直到在 設(shè)定的時(shí)間tmax以后穩(wěn)態(tài)誤差得以消除。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所述 基準(zhǔn)頻率是指電網(wǎng)在50Hz頻率下的角頻率，即IOOjt弧度每秒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所述 數(shù)字積分是指y[n] = y[n-l]+X[n]Ts，x[n]為第η個(gè)時(shí)刻輸入值，Ts是采樣周期，y[n]為 第η個(gè)時(shí)刻的輸出值，y[n-l]為第n-1個(gè)時(shí)刻的輸出值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)數(shù)字鎖相方法，其特征在于，所 述相位角Θ的取值范圍是〇彡Θ彡2π，單位為弧度，當(dāng)θ >2π時(shí)，Θ取值Θ -231。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種a、b、c三相電壓不對(duì)稱情況下數(shù)字鎖相方法。所述方法將采樣的a、b、c三相電壓值通過(guò)Clark變換和Park變換變換為兩個(gè)電壓值Vd[n]和Vq[n]，然后將電壓值Vq[n]通過(guò)數(shù)字低通濾波器后送入數(shù)字PI環(huán)節(jié)，數(shù)字PI環(huán)節(jié)的輸出與基準(zhǔn)頻率相加得到電網(wǎng)電壓頻率，電網(wǎng)電壓頻率通過(guò)數(shù)字積分環(huán)節(jié)得到a相電網(wǎng)電壓相位θ，同時(shí)確定b、c兩相電網(wǎng)電壓相位依次為θ-120D、θ+120D，電網(wǎng)電壓a相相位θ送入Park變換進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，計(jì)算電網(wǎng)電壓相位。本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，計(jì)算量小，控制效果優(yōu)良，可以在三相電壓不對(duì)稱下，準(zhǔn)確鎖定電網(wǎng)電壓正序分量的相位角。
【IPC分類】H02J3-01, G01R25-00
【公開號(hào)】CN104730339
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510113101
【發(fā)明人】康龍?jiān)? 馮自成, 李臻
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月15日