專利名稱：一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣工程領(lǐng)域，涉及一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，尤其是一種基于自適滑動窗濾波器的電網(wǎng)電壓軟件鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
并網(wǎng)變流器(PWM整流器、光伏、風(fēng)電、APF、SVG等)正常工作需要獲得準(zhǔn)確電網(wǎng)相位信息，在低電壓穿越等需要快速精確得到電網(wǎng)正負(fù)序的場合顯得尤為重要。目前的鎖相環(huán)有電壓過零點(diǎn)鎖相，主要是通過檢測電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)來獲取電網(wǎng)相位信息，這種方法一般采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，在電壓畸變大的時(shí)候存在多次過零，會導(dǎo)致鎖相失?。画h(huán)路濾波器采用PI控制鎖相環(huán)，這種方法是把模擬硬件鎖相環(huán)方法應(yīng)用在軟件中，有鎖相速度和消除二次紋波的矛盾，無法很好解決，這種鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖I所示；基于同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)， 主要是通過基波電壓構(gòu)造一個三相電壓，然后通過坐標(biāo)變換變換到同步坐標(biāo)系下，將d軸或者q軸電壓控制為零，來實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相位的鎖定，典型結(jié)構(gòu)如圖2所示，這種方法比較大諧波時(shí)候會有比較大的鎖相誤差；雙DQ坐標(biāo)系鎖相環(huán)，這種方法也是構(gòu)造三相電壓，然后通過兩次坐標(biāo)變換來效率電網(wǎng)負(fù)序電壓對同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)的影響，是一種改進(jìn)的同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)，但此種方法計(jì)算比較復(fù)雜，而且對頻率的變化適應(yīng)性差，對相位的動態(tài)跟蹤性能差；基于數(shù)字陷波器的軟鎖相環(huán)，這種方法本質(zhì)上也是消除電網(wǎng)負(fù)序電壓對同步坐標(biāo)系鎖相環(huán)的影響，同樣，此種方法相對比較復(fù)雜，占用較多的計(jì)算資源，而且對諧波的消除效果較差。并且由于單相鎖相環(huán)的特殊結(jié)構(gòu)，鎖相環(huán)的輸出鑒相器的會有比較大的二次波動，進(jìn)而導(dǎo)致鎖相環(huán)鎖定的相位會產(chǎn)生二次波動，同樣若電網(wǎng)電壓中存在比較大的諧波，也會使得鎖相環(huán)產(chǎn)生基波整數(shù)倍的波動。如果采用傳統(tǒng)鎖相方法，環(huán)路濾波器用PI調(diào)節(jié)器，若選取大的調(diào)節(jié)系數(shù)，鎖相速度會快，但鎖相輸出波動大，結(jié)果不準(zhǔn)確；若選取小的調(diào)節(jié)系數(shù)，雖然波動會減小，但是鎖相速度會大大降低，難以滿足低電壓穿越等要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，改進(jìn)了鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器，達(dá)到了在穩(wěn)態(tài)時(shí)候完全二次紋波對電網(wǎng)電壓鎖相結(jié)果的影響，同時(shí)也保證了鎖相的快速性，可以在保證鎖相環(huán)動態(tài)性能的情況下，消除二次紋波以及諧波電壓的影響。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來解決的一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，包括鑒相器、低通濾波器、一個自適應(yīng)滑動平均濾波器和PID調(diào)節(jié)器組成的環(huán)路濾波器、積分模塊所述鑒相器為乘法鑒相器，其輸入信號為電網(wǎng)電壓和鎖相環(huán)輸出角度的三角函數(shù)，其輸出信號送入到滑動平均濾波器；滑動平均濾波器的輸入信號為鑒相器的輸出和低通濾波器的輸出，輸出信號送入到PID調(diào)節(jié)器；PID調(diào)節(jié)器的輸入信號為滑動平均濾波器的輸出信號，輸出信號送入低通濾波器和積分模塊；低通濾波器的輸入信號為PID調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出信號為鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電壓頻率，送入到滑動平均濾波器；積分模塊的輸入信號為PID調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出信號為鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電壓相位，送入到鑒相器的輸入端進(jìn)行鎖相閉環(huán)。所述環(huán)路濾波器由自適應(yīng)滑動平均濾波器和PID調(diào)節(jié)器組成。所述自適應(yīng)滑動平均濾波器和環(huán)路濾波器根據(jù)鎖相環(huán)的輸出頻率進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)節(jié)。發(fā)明的有益效果本發(fā)明的自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)改進(jìn)了鎖相環(huán)的環(huán)路濾波器，達(dá)到了在穩(wěn)態(tài)時(shí)候完全二次紋波對電網(wǎng)電壓鎖相結(jié)果的影響，同時(shí)也保證了鎖相的快速性，可以在 保證鎖相環(huán)動態(tài)性能的情況下，消除二次紋波以及諧波電壓的影響。采用本發(fā)明后穩(wěn)態(tài)時(shí)候鎖相環(huán)的頻率精度滿足《GBT 19862-2005電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》對電網(wǎng)頻率的偏差小于O. 01Hz，同時(shí)快速性能滿足《GBT 19939-2005光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》能在O. 2s內(nèi)檢測到頻率變化超過標(biāo)準(zhǔn)的要求。


圖I為傳統(tǒng)的單相軟鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)圖；圖2為傳統(tǒng)的基于同步坐標(biāo)系的單相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)圖；圖4為采用本發(fā)明的的電網(wǎng)電壓波形圖；圖5為本發(fā)明鎖相環(huán)和傳統(tǒng)鎖相環(huán)頻率響應(yīng)對比圖；其中圖5-1是本發(fā)明鎖相環(huán)頻率響應(yīng)圖，其中圖5-2是傳統(tǒng)DQ單相鎖相環(huán)頻率響應(yīng)圖；圖6為采樣頻率為IOkHz，窗長度為50Hz的滑動平均濾波幅頻特性圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，包括鑒相器、低通濾波器、一個自適應(yīng)滑動平均濾波器和PID調(diào)節(jié)器組成的環(huán)路濾波器、積分模塊所述鑒相器為乘法鑒相器，其輸入信號為電網(wǎng)電壓和鎖相環(huán)輸出角度的三角函數(shù)，其輸出信號送入到滑動平均濾波器；滑動平均濾波器的輸入信號為鑒相器的輸出和低通濾波器的輸出，輸出信號送入到PID調(diào)節(jié)器；PID調(diào)節(jié)器的輸入信號為滑動平均濾波器的輸出信號，輸出信號送入低通濾波器和積分模塊；低通濾波器的輸入信號為PID調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出信號為鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電壓頻率，送入到滑動平均濾波器；積分模塊的輸入信號為PID調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出信號為鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電壓相位，送入到鑒相器的輸入端進(jìn)行鎖相閉環(huán)。所述環(huán)路濾波器是PID調(diào)節(jié)器。所述自適應(yīng)滑動平均濾波器和環(huán)路濾波器根據(jù)鎖相環(huán)的輸出進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)節(jié)。采用本發(fā)明對傳統(tǒng)單相鎖相環(huán)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，假設(shè)電網(wǎng)電壓中含有5%的5次諧波(相位超前基波3rad)和5%的7次諧波(相位超前基波7rad)，在時(shí)間t=2s時(shí)候，電網(wǎng)頻率由50Hz變化到51Hz，電壓波形如圖4所示。采用本發(fā)明鎖相環(huán)和傳統(tǒng)同步坐標(biāo)系下單相鎖相環(huán)的對比如下圖5所示從圖5可以看出，采用本發(fā)明鎖相環(huán)很大程度上消除了諧波電壓對鎖相環(huán)的影響鎖，鎖相環(huán)的輸出頻率沒有波動，同時(shí)本發(fā)明也保證了鎖相環(huán)的快速性。具體實(shí)現(xiàn)方式如下一、采樣對采樣得到的單相電網(wǎng)電壓進(jìn)行標(biāo)么，并將標(biāo)么結(jié)果送入乘法鑒相器；二、將鑒相器的輸出信號進(jìn)行滑動平均濾波，濾波器的窗長度根據(jù)鎖相環(huán)出來的頻率進(jìn)行調(diào)整(在初始的時(shí)候，需要給一個恰當(dāng)?shù)某踔?，計(jì)算初始的濾波窗長為
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，包括鑒相器、低通濾波器、一個自適應(yīng)滑動平均濾波器和PID調(diào)節(jié)器組成的環(huán)路濾波器、積分模塊所述鑒相器為乘法鑒相器，其輸入信號為電網(wǎng)電壓和鎖相環(huán)輸出角度的三角函數(shù)，其輸出信號送入到滑動平均濾波器；滑動平均濾波器的輸入信號為鑒相器的輸出和低通濾波器的輸出，輸出信號送入到PID調(diào)節(jié)器；PID調(diào)節(jié)器的輸入信號為滑動平均濾波器的輸出信號，輸出信號送入低通濾波器和積分模塊；低通濾波器的輸入信號為PID調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出信號為鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電壓頻率，送入到滑動平均濾波器；積分模塊的輸入信號為PID調(diào)節(jié)器的輸出，其輸出信號為鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)電壓相位，送入到鑒相器的輸入端進(jìn)行鎖相閉環(huán)。
2.如權(quán)利要求I所述自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，其特征在于所述環(huán)路濾波器由自適應(yīng)滑動平均濾波器和PID調(diào)節(jié)器組成。
3.如權(quán)利要求I所述自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，其特征在于所述自適應(yīng)滑動平均濾波器和環(huán)路濾波器根據(jù)鎖相環(huán)的輸出頻率進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)，包括鑒相器、低通濾波器、一個自適應(yīng)滑動平均濾波器和PID調(diào)節(jié)器組成的環(huán)路濾波器、積分模塊所述鑒相器為乘法鑒相器，其輸入信號為電網(wǎng)電壓和鎖相環(huán)輸出角度的三角函數(shù)，其輸出信號送入到滑動平均濾波器；滑動平均濾波器的輸入信號為鑒相器的輸出和低通濾波器的輸出，輸出信號送入到PID調(diào)節(jié)器；PID調(diào)節(jié)器的輸入信號為滑動平均濾波器的輸出信號，輸出信號送入低通濾波器和積分模塊。本發(fā)明的自適應(yīng)并網(wǎng)變流器單相軟鎖相環(huán)改進(jìn)了環(huán)路濾波器，達(dá)到了在穩(wěn)態(tài)消除二次紋波和諧波電壓對鎖相結(jié)果的影響，同時(shí)保證了鎖相的快速性。
文檔編號H03L7/085GK102904568SQ20121036435
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者郭海平, 王躍, 李志剛, 李計(jì)亮, 董曉, 張樂強(qiáng), 許崇福, 張長松 申請人:西安奧特迅電力電子技術(shù)有限公司, 深圳奧特迅電力設(shè)備股份有限公司, 西安交通大學(xué)