專利名稱：基于雙park變換鑒相器的單相鎖相環(huán)的制作方法
技術領域：
本實用新型專利屬于并網(wǎng)電力電子變流技術應用領域，涉及與電網(wǎng)互連的電力電 子變流裝置中的同步技術，尤其是與電網(wǎng)互連的單相電力電子變流裝置中的同步技術。
背景技術：
在電力電子技術的眾多應用領域當中，與交流電網(wǎng)互連的電力電子變流裝置，例 如PWM整流器、有源電力濾波器、靜止無功發(fā)生器等，以及新能源發(fā)電中的各式電力電子變 流裝置在國民經(jīng)濟中扮演中重要的角色。在以上各種電力電子變流裝置的應用當中，為了 達到正確、精準的控制目標，其控制系統(tǒng)都要求快速、準確的獲得電網(wǎng)電壓的相位、頻率信 息。因此，獲取電網(wǎng)電壓頻率、相位信息的同步技術在與電網(wǎng)互連的電力電子變流技術中扮 演著至關重要的角色。早期，由于種種原因，與電網(wǎng)互連的電力電子變流技術多被用于三相 電網(wǎng)。隨著電力電子技術的進一步發(fā)展，尤其是家用新能源發(fā)電技術以及分布式電力系 統(tǒng)補償?shù)雀拍畹奶岢?，與電網(wǎng)互連的單相電力電子變流裝置(一下簡稱單相并網(wǎng)變流器) 得到了更多的應用。用于單相并網(wǎng)變流器的同步技術，主要分為兩大類過零比較和鎖相 環(huán)。過零比較通過電網(wǎng)電壓過零觸發(fā)上升沿(或者下降沿)觸發(fā)電路輸出反轉，以獲 得電網(wǎng)電壓的相位。這種方法簡單、宜于實現(xiàn)。然而電網(wǎng)電壓每半個周期出現(xiàn)一次過零點， 因此在兩次過零點之間的半個周期內發(fā)生的相位或頻率變化無法通過過零比較檢測；此 外，若電網(wǎng)電壓在過零時刻發(fā)生抖動，出現(xiàn)多次過零，將引起過零比較輸出錯誤。鎖相環(huán)的系統(tǒng)框圖如

圖1所示，傳統(tǒng)的單相鎖相環(huán)使用乘法器作為鑒相器，如圖2 所示。當鎖相環(huán)鎖定進入穩(wěn)態(tài)之后，鑒相器輸出非零，為輸入信號的二倍交流量，如式(1)。 為了達到鎖相結果的高精確度，傳統(tǒng)的單相鎖相環(huán)中需要設計環(huán)路濾波器的截止頻率盡可 能低；然而，更低截止頻率將使得鎖相環(huán)的動態(tài)性能大幅降低。因此，為了保證鎖相環(huán)輸出 的精確性和快速性，需要設計高階環(huán)路濾波器，這使得鎖相環(huán)的設計變得相當?shù)膹碗s。Ve (0 = KdUlmU2m sin^i + Q1) cos(woi + Q0)
Γ π1⑴= -KdUlmU2m[^m(Mlt - coj + O1 -O1) + Sm(_ + ωο + O1 + θα)]在三相并網(wǎng)變流器中所使用的基于旋轉變換的三相鎖相環(huán)使用clark+park變換 作為鑒相器，可以達到鑒相器穩(wěn)態(tài)輸出為零。因此多種模仿三項鎖相環(huán)的單相鎖相環(huán)方法 被提出。然而，三相鎖相環(huán)有三路輸入，對于三相平衡系統(tǒng)，也至少需要兩相。因此，各種使 用基于旋轉變換的單相鎖相環(huán)都將注意力放在了如何根據(jù)已知單相輸入構造另外一相。然而， 所提出的方法或需要復雜的數(shù)學計算，例如基于反park變換；或產(chǎn)生延時，例如延時濾波。

實用新型內容基于現(xiàn)有各種方法所存在的問題——鑒相輸出存在靜態(tài)誤差和需要構造正交輸
3入，本文提出一種基于雙park變換鑒相器的單相鎖相環(huán)。一種基于雙park變換鑒相器的單相鎖相環(huán)，包括鑒相器、PI控制器和壓控振蕩器 (VCO)，所述鑒相器是雙park變換鑒相器，該雙park變換鑒相器包括第一 park、第二 park、 第一低通濾波器LPFl和第二低通濾波LPF2，第一 park和第二 park的d軸同時與第一加法 器Ml輸入連接，第一 park和第二 park的q軸同時與第二加法器M2輸入連接；第一低通濾 波器LPFl輸入端與第一加法器Ml輸出連接，輸出端與第二 park的輸入連接；第二低通濾 波LPF2輸入端與第二加法器M2輸出連接，輸出端與第二 park的輸入連接；PI控制器的輸 入端連接在第二低通濾波LPF2輸入端；PI控制器的輸出端與壓控振蕩器(VCO)連接。所述的第一 park和第二 park是同一種Park變換模塊，Park變換模塊是按照如 下數(shù)學公式進行變換，其中Χα，X0分別為靜止坐標系α，β軸上的分量；xd，Xq分別為旋轉坐標系d，q 軸上的分量；θ為d軸與α軸的夾角。本實用新型所提出的鎖相環(huán)不僅可以在電網(wǎng)相位變化時準確跟蹤電網(wǎng)相位，而且 可以在電網(wǎng)頻率波動時迅速、準確跟蹤電網(wǎng)相位。所提出的單相鎖相環(huán)使用了被廣泛使用 的非線性park變換，結構簡單，實用，適于數(shù)字實現(xiàn)，符合技術的發(fā)展方向。
權利要求一種基于雙park變換鑒相器的單相鎖相環(huán)，包括鑒相器、PI控制器和壓控振蕩器(VCO)，其特征在于所述鑒相器是雙park變換鑒相器，該雙park變換鑒相器包括第一park、第二park、第一低通濾波器LPF1和第二低通濾波LPF2，第一park和第二park的d軸同時與第一加法器M1輸入連接，第一park和第二park的q軸同時與第二加法器M2輸入連接；第一低通濾波器LPF1輸入端與第一加法器M1輸出連接，輸出端與第二park的輸入連接；第二低通濾波LPF2輸入端與第二加法器M2輸出連接，輸出端與第二park的輸入連接；PI控制器的輸入端連接在第二低通濾波LPF2輸入端；PI控制器的輸出端與壓控振蕩器(VCO)連接。
2.如權利要求1所述一種基于雙park變換鑒相器的單相鎖相環(huán)，其特征在于所述的 第一 park和第二 park是同一種Park變換模塊，Park變換模塊是按照如下數(shù)學公式進行 變換，cos θ sm θ -sin θ cos$_其中Xa，X0分別為靜止坐標系α，β軸上的分量；xd，Xq分別為旋轉坐標系d，q軸上 的分量；θ為d軸與α軸的夾角。V_Λ.
專利摘要本實用新型公開了一種基于雙park變換鑒相器的單相鎖相環(huán)，該雙park變換鑒相器包括第一park、第二park、第一低通濾波器LPF1和第二低通濾波LPF2，第一park和第二park的d軸同時與第一加法器M1輸入連接，第一park和第二park的q軸同時與第二加法器M2輸入連接；第一低通濾波器LPF1輸入端與第一加法器M1輸出連接，輸出端與第二park的輸入連接；第二低通濾波LPF2輸入端與第二加法器M2輸出連接，輸出端與第二park的輸入連接；PI控制器的輸入端連接在第二低通濾波LPF2輸入端；PI控制器的輸出端與壓控振蕩器(VCO)連接。本實用新型的鎖相環(huán)不僅可以在電網(wǎng)相位變化時準確跟蹤電網(wǎng)相位，而且可以在電網(wǎng)頻率波動時迅速、準確跟蹤電網(wǎng)相位。
文檔編號H03L7/085GK201742388SQ20102018889
公開日2011年2月9日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權日2010年5月13日
發(fā)明者方雄, 李明, 王躍 申請人:西安交通大學