本發(fā)明涉及可再生能源分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)中的鎖相技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)及其測試方法、裝置。

背景技術(shù)：

基于太陽能、風(fēng)能等可再生能源的分布式發(fā)電與微電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)受到全世界的高度重視，電網(wǎng)同步鎖相是并網(wǎng)運(yùn)行需要解決的關(guān)鍵問題之一。

同步鎖相策略按控制方法分為兩大類：開環(huán)控制(open-loopmethods)和閉環(huán)控制(closed-loopmethods)。典型的開環(huán)控制策略包括電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)檢測技術(shù)(zerocrossingdetection,zcd)、電網(wǎng)電壓濾波理論(filteringmethods)等，其原理簡單，實(shí)現(xiàn)方便，但采用開環(huán)控制鎖相的系統(tǒng)對頻率波動、電壓畸變、三相電壓不平衡等現(xiàn)象較為敏感，控制響應(yīng)緩慢，常應(yīng)用在電網(wǎng)電壓波形良好的場合，不適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。鎖相環(huán)(phase-lockedloop,pll)技術(shù)是典型的閉環(huán)控制同步策略，主要應(yīng)用在單相場合；基于同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)(synchronousrotatingframe-pll,srf-pll)技術(shù)廣泛應(yīng)用在三相場合，但其動態(tài)響應(yīng)速度與帶寬設(shè)計(jì)息息相關(guān)；為解決電網(wǎng)畸變和頻率波動帶來的帶寬設(shè)計(jì)問題，提出了基于諧振因子的二階通用積分器鎖相環(huán)(second-ordergeneralizedintegrator-pll,sogi-pll)和正弦跟蹤理論(sinusoidaltrackingalgorithm,sta)，也稱為加強(qiáng)型鎖相環(huán)(enhancedpll,epll)技術(shù)，獲得了廣泛關(guān)注；在三相電壓不平衡的場合，針對傳統(tǒng)pll輸出中包含的二階諧波，提出一系列控制方法能夠準(zhǔn)確提取正序分量，包括解耦雙同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)(decoupleddoublesynchronouslyrotatingreferenceframepll,ddsrf-pll)、基于通用積分器的正序?yàn)V波器(positivesequencefilter,psf)、雙二階通用積分器(doublesecond-ordergeneralizedintegrator,dsogi)以及混合坐標(biāo)系鎖相環(huán)(fixed-reference-framepll,frf-pll)等。除此之外，還有一些頻率檢測方面的理論方法，如傅里葉變換理論(fouriertransformmethods)、空間矢量離散傅里葉變換理論(space-vectordiscretefouriertransformmethods)等，這些方法需要大的存儲容量和計(jì)算資源，并不適用于實(shí)時控制應(yīng)用場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)及其測試方法、裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)的響應(yīng)速度需要依賴于帶寬設(shè)計(jì)、以及不適用于電網(wǎng)相位、頻率波動等應(yīng)用場景的問題。

依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)，包括：坐標(biāo)變換模塊、模糊自適應(yīng)控制模塊和鎖相跟蹤環(huán)路；

所述坐標(biāo)變換模塊，用于根據(jù)所述鎖相跟蹤環(huán)路反饋的相角，將接收的電網(wǎng)電壓信號轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，并根據(jù)預(yù)設(shè)q軸電壓參考值，求取q軸電壓誤差；

所述模糊自適應(yīng)控制模塊，用于以所述q軸電壓誤差和/或反映q軸電壓誤差特性的參數(shù)為輸入量，利用模糊控制算法，得到所述鎖相跟蹤環(huán)路的控制器的控制參數(shù)調(diào)整量，并將其輸出至所述控制器；

所述鎖相跟蹤環(huán)路，用于以所述q軸電壓誤差為輸入，在控制參數(shù)隨所述模糊自適應(yīng)控制模塊的輸出而實(shí)時調(diào)整的所述控制器的控制下，對電網(wǎng)相位進(jìn)行跟蹤，并將跟蹤得到的相角反饋至所述坐標(biāo)變換模塊。

依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供一種同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)的測試方法，包括：

對用于測試的電網(wǎng)電壓信號施加擾動，并將其輸出到基礎(chǔ)鎖相環(huán)；所述基礎(chǔ)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能關(guān)閉下的所述鎖相環(huán)；

根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號，確定基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

檢測基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)滿足時，將施加擾動的電網(wǎng)電壓信號輸出到模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)；所述模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能開啟下的所述鎖相環(huán)；

根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量以及鎖相跟蹤環(huán)路中控制器的控制參數(shù)，確定模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

將基礎(chǔ)鎖相環(huán)和模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)優(yōu)于基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)時，判定為測試通過，否則判定為未通過。

依據(jù)本發(fā)明的第三個方面，還提供一種同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)的測試裝置，包括：

擾動模塊，用于對用于測試的電網(wǎng)電壓信號施加擾動，并將其輸出到基礎(chǔ)鎖相環(huán)；所述基礎(chǔ)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能關(guān)閉下的所述鎖相環(huán)；

數(shù)據(jù)上傳模塊，用于獲取施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號，并將其上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

數(shù)據(jù)分析模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)上傳模塊上傳的數(shù)據(jù)，確定基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

測試決策模塊，用于檢測基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)滿足時，觸發(fā)所述擾動模塊將施加擾動的電網(wǎng)電壓信號輸出到模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)；所述模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能開啟下的所述鎖相環(huán)；

所述數(shù)據(jù)上傳模塊，還用于獲取施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量以及鎖相跟蹤環(huán)路中控制器的控制參數(shù)，并將其上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

所述數(shù)據(jù)分析模塊，還用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)上傳模塊上傳的數(shù)據(jù)，確定模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

所述測試決策模塊，還用于將基礎(chǔ)鎖相環(huán)和模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)優(yōu)于基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)時，判定為測試通過，否則判定為未通過。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明提出的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)為結(jié)合了模糊自適應(yīng)控制的鎖相環(huán)，其通過模糊自適應(yīng)控制鎖相環(huán)的控制器，實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的電網(wǎng)相位跟蹤。

本發(fā)明所述的鎖相環(huán)與已有的同類型鎖相環(huán)相比，既提高了響應(yīng)速度，又降低了超調(diào)量、消除了穩(wěn)態(tài)誤差，使其可以適用于電網(wǎng)相位和頻率波動的非線性過程。

本發(fā)明所述鎖相環(huán)的控制過程無需大量數(shù)學(xué)運(yùn)算，占用內(nèi)存少，可以滿足實(shí)時控制的需求。

同時，本發(fā)明還提了基于模糊控制的鎖相環(huán)的測試方法，實(shí)現(xiàn)了對鎖相環(huán)可觀可控的測試。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本發(fā)明提供的基于模糊自適應(yīng)控制的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為帶有同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)的分布式能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)框圖；

圖3為基于模糊自適應(yīng)控制的三相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明中涉及的隸屬函數(shù)圖；

圖5為傳統(tǒng)鎖相環(huán)與本發(fā)明鎖相環(huán)控制效果對比曲線圖；

圖6為本發(fā)明提供的一種鎖相環(huán)的測試方法的流程圖；

圖7為本發(fā)明提供的一種鎖相環(huán)的測試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于模糊自適應(yīng)控制的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)，如圖1所示，具體包括：坐標(biāo)變換模塊110、模糊自適應(yīng)控制模塊120和鎖相跟蹤環(huán)路130；

坐標(biāo)變換模塊110，用于根據(jù)鎖相跟蹤環(huán)路130反饋的相角，將接收的電網(wǎng)電壓信號轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，并根據(jù)預(yù)設(shè)q軸電壓參考值，求取q軸電壓誤差；

模糊自適應(yīng)控制模塊120，用于以所述q軸電壓誤差和/或反映q軸電壓誤差特性的參數(shù)為輸入量，利用模糊控制算法，得到鎖相跟蹤環(huán)路130的控制器的控制參數(shù)調(diào)整量，并將其輸出至所述控制器；

鎖相跟蹤環(huán)路130，用于以所述q軸電壓誤差為輸入，在控制參數(shù)隨模糊自適應(yīng)控制模塊120的輸出而實(shí)時調(diào)整的所述控制器的控制下，對電網(wǎng)相位進(jìn)行跟蹤，并將跟蹤得到的相角反饋至所述坐標(biāo)變換模塊。

可見，本發(fā)明在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)中引入了模糊自適應(yīng)控制模塊，該模糊自適應(yīng)控制模塊與鎖相跟蹤環(huán)路中的控制器相配合，構(gòu)成模糊控制器，在模糊控制器的智能控制方式下，改善了相角跟蹤速度和準(zhǔn)確度，使同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)適用于電網(wǎng)相位和頻率波動等非線性過程，同時還提高了鎖相環(huán)的響應(yīng)速度、降低了超調(diào)量、消除了穩(wěn)態(tài)誤差。

基于上述結(jié)構(gòu)框架及實(shí)施原理，下面給出在上述結(jié)構(gòu)下的幾個具體及優(yōu)選實(shí)施方式，用以細(xì)化和優(yōu)化本發(fā)明所述鎖相環(huán)的功能，以使本發(fā)明方案的實(shí)施更方便，準(zhǔn)確。具體涉及如下內(nèi)容：

本發(fā)明實(shí)施例中，所述控制器可以但不限于為比例積分pi控制器。當(dāng)所述控制器為pi控制器時，其控制參數(shù)包括：比例系數(shù)和/或積分系數(shù)。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，反映q軸電壓誤差特性的參數(shù)包括但不限于為：q軸誤差變化率和/或q軸誤差積分量。

進(jìn)一步地，當(dāng)反映q軸電壓誤差特性的參數(shù)包括q軸誤差變化率時，本發(fā)明實(shí)施例所述鎖相環(huán)，還包括：微分器；

所述微分器，用于從坐標(biāo)變化模塊110獲取q軸電壓誤差，對其進(jìn)行微分處理，得到q軸誤差變化率，并將所述q軸誤差變化率作為模糊自適應(yīng)控制模塊120的一個輸入量發(fā)送至模糊自適應(yīng)控制模塊120。

進(jìn)一步地，當(dāng)反映q軸電壓誤差特性的參數(shù)包括q軸誤差積分量時，本發(fā)明實(shí)施例所述鎖相環(huán)，還包括：積分器；

所述積分器，用于從坐標(biāo)變化模塊110獲取q軸電壓誤差，對其進(jìn)行積分處理，得到q軸誤差積分量，并將所述q軸誤差積分量作為模糊自適應(yīng)控制模塊120的一個輸入量發(fā)送至模糊自適應(yīng)控制模塊120。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，模糊自適應(yīng)控制模塊120具體包括：

模糊化接口單元，用于在各輸入量和各控制量的論域上定義各量的語言變量、設(shè)定各語言變量的基本論域、定義各語言變量的語言值、確定量化因子和比例因子、定義各語言值的隸屬函數(shù)、以及確定模糊規(guī)則；

模糊推理單元，用于通過所述量化因子，將實(shí)際的輸入量進(jìn)行量化處理，根據(jù)定義的隸屬函數(shù)，將量化處理的各輸入量轉(zhuǎn)化為模糊輸入，以及根據(jù)模糊輸入和確定的模糊規(guī)則，進(jìn)行模糊推理，得到模糊值；

解模糊接口單元，用于利用設(shè)定的解模糊算法，對模糊推理單元得到的模糊值進(jìn)行解模糊處理，得到精確輸出量，并利用所述比例因子將所述精確輸出量轉(zhuǎn)換為控制參數(shù)的調(diào)整量。

在本發(fā)明的又一個具體實(shí)施例中，坐標(biāo)變換模塊110具體包括：

一級坐標(biāo)變換單元，用于將電網(wǎng)電壓信號轉(zhuǎn)換到αβ坐標(biāo)系下；

二級坐標(biāo)變換單元，用于根據(jù)所述鎖相跟蹤環(huán)路反饋的相角，將一級坐標(biāo)變換單元得到的αβ坐標(biāo)系下的電壓轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，并根據(jù)預(yù)設(shè)q軸電壓參考值，求取q軸電壓誤差。

其中，一級坐標(biāo)變換單元，具體用于當(dāng)所述電網(wǎng)電壓信號為三相電壓信號時，通過clark變換，得到αβ坐標(biāo)系下的電壓向量；當(dāng)所述電網(wǎng)電壓信號為單相電壓信號時，令采集到的單相電壓信號v等于β向的電壓向量，并將采集到的v延遲90度得到α向的電壓向量。

二級坐標(biāo)變換單元優(yōu)選地通過park變換，實(shí)現(xiàn)αβ坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

下面給出本發(fā)明的一個具體應(yīng)用場景，在該應(yīng)用場景下給出本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式，用以更清楚的闡述本發(fā)明的實(shí)施過程。需要指出的是，本具體實(shí)施例中披露的技術(shù)細(xì)節(jié)，用于解釋本發(fā)明并不用于唯一限定本發(fā)明。

如圖2所示，為帶有鎖相環(huán)的分布式能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。圖中，1為能量源，是系統(tǒng)的能源產(chǎn)出單元，具體為太陽能光伏組件、風(fēng)機(jī)、海洋能、生物質(zhì)能等多種新能源形式中的一種，抑或是柴油發(fā)電機(jī)組。能量源1通過輸出線纜2、3和電力變換設(shè)備4相連。

電力變換設(shè)備4的類型與能量源1的能源形式有關(guān)，其功能是實(shí)現(xiàn)能量變換，輸出滿足并網(wǎng)條件的交流電。如果能量源1的輸出形式為直流電，4的可選形式包括直流-交流變換和直流-直流-交流變換，備選的直流-直流-交流形式也可在直流-直流環(huán)節(jié)加入儲能系統(tǒng)；如果能量源1的輸出形式為交流電，輸出線纜可如圖中所示的2、3單相連接，也可以三相連接，電力變換設(shè)備4的形式為交流-直流-交流變換。電力變換設(shè)備4通過線纜7和可選的變壓器12連接，線纜可如圖中所示的7三相連接，也可以單相連接。可選的變壓器12通過線纜13和電網(wǎng)14連接，線纜可如圖中所示的13三相連接，也可以單相連接。

電壓傳感器9放置在電力變換設(shè)備4和可選的變壓器12之間，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓的采集。10代表電壓采集信號傳輸路徑，電壓傳感器9將電壓采集信號送至同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)11分析。同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)11將鎖相得到的相角送至電力變換設(shè)備主控模塊6，使電力變換設(shè)備4有效跟隨電網(wǎng)相位，將電能上網(wǎng)。其中8代表相角信號，5是由主控模塊6發(fā)出的電力變換設(shè)備系統(tǒng)控制信號。

如圖3所示，是基于模糊自適應(yīng)控制的三相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)，對應(yīng)圖2中11。

三相電壓信號10經(jīng)過clarke變換單元16，clarke變換單元16將電壓向量從笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至αβ坐標(biāo)系，得到αβ坐標(biāo)系下的電壓表達(dá)17。其中，clarke變換單元16在進(jìn)行坐標(biāo)變換時，clarke變換式中包括待獲取量相電壓幅值和a相相角；

αβ坐標(biāo)系下的電壓表達(dá)17結(jié)合相角反饋量23經(jīng)過park變換單元18，park變換單元18將電壓向量從αβ坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至dq坐標(biāo)系，得到dp坐標(biāo)系下的電壓表達(dá)，包括d軸分量19和q軸分量，然后，根據(jù)得到的q軸分量和預(yù)設(shè)的q軸電壓參考值，求取q軸電壓誤差20。

q軸電壓誤差20經(jīng)過兩條控制路徑參與回路控制，其一是傳統(tǒng)的控制器24，本發(fā)明實(shí)施例為說明方便選用比例積分(pi)控制器，但不僅限于pi控制器，強(qiáng)調(diào)模糊控制器輸出是鎖相環(huán)控制器控制常數(shù)的增量，屬增量式控制；其二是針對控制器24的模糊自適應(yīng)控制模塊30。模糊自適應(yīng)控制模塊30有兩路輸入20和22，有兩路輸出26和27。具體的，21是微分器，對輸入20進(jìn)行微分處理，輸出22，22為反映q軸電壓誤差的變化率，26和27分別表示pi控制器的比例系數(shù)調(diào)整量和積分系數(shù)調(diào)整量。采用該方案的其他系統(tǒng)，可以將pi控制器替換為其他控制器，模糊自適應(yīng)控制模塊30的輸入可以替換為一階的誤差輸入(即q軸電壓誤差)或三階的誤差、誤差積分量、誤差變化率輸入或其他可以反映誤差特性的輸入量和輸入量組合，模糊自適應(yīng)控制模塊30的輸出應(yīng)當(dāng)跟隨控制器24的類型進(jìn)行調(diào)整?？刂破?4對輸入的q軸電壓誤差20進(jìn)行處理，得到輸出量25(角速度調(diào)節(jié)量)，輸出量25和給定的角速度28的和為角速度估計(jì)值29，角速度估計(jì)值29經(jīng)過積分器31的處理(即為角速度估計(jì)值)，輸出即為設(shè)定跟蹤相的相角。

另外，通過本發(fā)明所述的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)，還可以獲取電網(wǎng)電壓的幅值(通過d軸分量19得到)、周期/頻率(通過角速度估計(jì)值29得到)等信息。

具體的，本發(fā)明實(shí)施例中，模糊自適應(yīng)控制模塊30以20和22為輸入量進(jìn)行模糊控制，輸出兩路控制量26和27(分別為比例系數(shù)調(diào)整量和積分系數(shù)調(diào)整量)具體實(shí)施過程如下：

步驟1：初始化。

定義誤差e、誤差變化率ec和控制量δkp(比例系數(shù)調(diào)整量)、δki(積分系數(shù)調(diào)整量)的模糊語言變量為e、ec和δkp、δki，并設(shè)定e、ec和δkp、δki的基本論域，e∈[-xe,xe]；ec∈[-xec,xec]；δkp∈[-yp,yp]；δki∈[-yi,yi]，以及定義各語言變量的語言值。

舉例，定義模糊子集e、ec、δkp和δki的語言值為{nb，ns，ze，ps，pb}(nb、ns、ze、ps、pb分別表示負(fù)大、負(fù)小、零、正小、正大等模糊概念)，如果取論域均為[-4,4](僅為說明用，決定隸屬度函數(shù)圖的表述)，可以確定量化因子ke、kec和比例因子kup、kui，

步驟2：確定模糊規(guī)則。

反映系統(tǒng)運(yùn)動的特征量很多，優(yōu)選的，選用誤差e和誤差變化ec來分析系統(tǒng)運(yùn)動特性。

比例環(huán)節(jié)反映系統(tǒng)的偏差，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立刻產(chǎn)生動作，以減小偏差；積分環(huán)節(jié)用于消除靜態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度。優(yōu)選的，如表1，δkp模糊控制規(guī)則表和表2，δki模糊控制規(guī)則表：

表1

表2

步驟3：創(chuàng)建隸屬度函數(shù)。優(yōu)選的，選用三角形函數(shù)作為模糊集合的隸屬度函數(shù)，與其他形狀的隸屬度函數(shù)相比，數(shù)學(xué)表達(dá)和運(yùn)算簡單，占用內(nèi)存空間小，控制效果無大的差別。如圖4所示，為輸入e和ec，輸出δkp和δki的隸屬度函數(shù)。

步驟4：模糊化。通過量化因子，將實(shí)際的輸入量進(jìn)行量化處理，根據(jù)創(chuàng)建的隸屬函數(shù)，將量化處理的各輸入量轉(zhuǎn)化為模糊輸入，以及根據(jù)模糊輸入和確定的模糊規(guī)則，進(jìn)行模糊推理，得到模糊值；

步驟5：解模糊。利用設(shè)定的解模糊算法，對模糊推理得到的模糊值進(jìn)行解模糊處理，得到精確輸出量，并利用預(yù)設(shè)的比例因子將所述精確輸出量轉(zhuǎn)換為控制參數(shù)的調(diào)整量。其中，解模糊算法優(yōu)選的采用重心法。

如圖5所示，為鎖相環(huán)的控制效果對比曲線。橫軸為時間，縱軸為實(shí)時相角與目標(biāo)相角的比，表征控制誤差。當(dāng)比值為1時，說明實(shí)現(xiàn)了無靜差跟蹤，完成電網(wǎng)鎖相。圖中虛線為傳統(tǒng)pi控制器的跟蹤效果，pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)為預(yù)設(shè)值，控制過程中為常數(shù)；實(shí)線代表本發(fā)明提出的模糊自適應(yīng)控制鎖相環(huán)的跟蹤效果，pi控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)在控制過程中不是常數(shù)，與模糊控制器的輸出有關(guān)。通過比較可知，本發(fā)明所述鎖相環(huán)的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的鎖相環(huán)性能。

進(jìn)一步地，對鎖相環(huán)進(jìn)行測試，以驗(yàn)證鎖相環(huán)的綜合性能，是應(yīng)用鎖相環(huán)進(jìn)行跟蹤控制的必要環(huán)節(jié)。目前，傳統(tǒng)的基于經(jīng)典控制理論的鎖相環(huán)，通過利用開環(huán)系統(tǒng)模型和閉環(huán)系統(tǒng)模型就能直觀分析控制器性能，輔助以示波器可視化的控制器響應(yīng)波形即可完成鎖相環(huán)的測試過程。然而，這種測試方式卻不適用于本發(fā)明提出的所述鎖相環(huán)，所以本發(fā)明實(shí)施例還提供一種本發(fā)明所述鎖相環(huán)的測試方法，如圖6所示，包括如下步驟：

步驟s601，對用于測試的電網(wǎng)電壓信號施加擾動，并將其輸出到基礎(chǔ)鎖相環(huán)；所述基礎(chǔ)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能關(guān)閉下的所述鎖相環(huán)；

步驟s602，根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號，確定基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

步驟s603，檢測基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)滿足時，將施加擾動的電網(wǎng)電壓信號輸出到模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)；所述模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能開啟下的所述鎖相環(huán)；

步驟s604，根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、以及模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量和輸出量，確定模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

步驟s605，將基礎(chǔ)鎖相環(huán)和模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)優(yōu)于基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)時，判定為測試通過，否則判定為未通過。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，確定基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)，具體包括：根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號，繪制響應(yīng)曲線圖，并根據(jù)該響應(yīng)曲線圖，計(jì)算基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，確定模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)，具體包括：根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、以及模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量和輸出量，繪制響應(yīng)曲線圖，并根據(jù)該響應(yīng)曲線圖，計(jì)算模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)檢測出基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)不滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求時，還包括：繪制基礎(chǔ)鎖相環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖，作為重新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鎖相環(huán)中鎖相跟蹤環(huán)路的參考數(shù)據(jù)；

和/或，當(dāng)判定為測試未通過時，繪制模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖，以及繪制橫軸為時間，縱軸為模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量以及控制器的控制參數(shù)的第一監(jiān)控圖，作為重新設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的參考數(shù)據(jù)。

其中，性能指標(biāo)包括如下參數(shù)中的一個或多個：超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間和穩(wěn)態(tài)誤差。

可見，本發(fā)明提出了一種適用于本發(fā)明提出的所述鎖相環(huán)的測試方法，不僅可以對本發(fā)明提出的鎖相環(huán)進(jìn)行測試，還可以為重新設(shè)計(jì)鎖相環(huán)提供參考依據(jù)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種鎖相環(huán)的測試裝置，如圖7所示，包括：

擾動模塊710，用于對用于測試的電網(wǎng)電壓信號施加擾動，并將其輸出到基礎(chǔ)鎖相環(huán)；所述基礎(chǔ)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能關(guān)閉下的所述鎖相環(huán)；

數(shù)據(jù)上傳模塊720，用于獲取施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號，并將其上傳至數(shù)據(jù)分析模塊；

數(shù)據(jù)分析模塊730，用于根據(jù)數(shù)據(jù)上傳模塊720上傳的數(shù)據(jù)，確定基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

測試決策模塊740，用于檢測基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求，當(dāng)滿足時，觸發(fā)擾動模塊710將施加擾動的電網(wǎng)電壓信號輸出到模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)；所述模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)為模糊自適應(yīng)模塊功能開啟下的所述鎖相環(huán)；

數(shù)據(jù)上傳模塊720，還用于獲取施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、以及模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量和輸出量，并將其上傳至數(shù)據(jù)分析模塊730；

數(shù)據(jù)分析模塊730，還用于根據(jù)數(shù)據(jù)上傳模塊720上傳的數(shù)據(jù)，確定模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；

測試決策模塊740，還用于將基礎(chǔ)鎖相環(huán)和模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，當(dāng)模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)優(yōu)于基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)時，判定為測試通過，否則判定為未通過。

在本發(fā)明的一個具體實(shí)施例中，數(shù)據(jù)分析模塊730，具體用于根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號，繪制響應(yīng)曲線圖，并根據(jù)該響應(yīng)曲線圖，計(jì)算基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)；以及根據(jù)施加擾動后的電網(wǎng)電壓的相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、以及模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量和輸出量，繪制響應(yīng)曲線圖，并根據(jù)該響應(yīng)曲線圖，計(jì)算模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)。

在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)分析模塊730，還用于當(dāng)基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)不滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求時，繪制基礎(chǔ)鎖相環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖，作為重新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鎖相環(huán)中鎖相跟蹤環(huán)路的參考數(shù)據(jù)；和/或，當(dāng)所述測試決策模塊判定為測試未通過時，繪制模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖，以及繪制橫軸為時間，縱軸為模糊自適應(yīng)控制模塊的輸入量以及控制器的控制參數(shù)的第一監(jiān)控圖，作為重新設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)中模糊自適應(yīng)控制模塊的參考數(shù)據(jù)。

下面給出本發(fā)明的一個具體實(shí)施例，用以更清楚的闡述本發(fā)明所提出的測試方法和測試裝置的實(shí)施過程，具體包括：

步驟1，由擾動模塊對電網(wǎng)電壓信號施加擾動，擾動包括相位擾動、頻率擾動、幅值擾動中的一種或多種；

步驟2，基礎(chǔ)鎖相環(huán)測試。所述基礎(chǔ)鎖相環(huán)包括電壓信號clarke變換單元、park變換單元、pi鎖相跟蹤環(huán)路。

數(shù)據(jù)上傳模塊上傳施加擾動后的電網(wǎng)電壓相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號到數(shù)據(jù)分析模塊；

數(shù)據(jù)分析模塊繪制響應(yīng)曲線圖，并根據(jù)該響應(yīng)曲線圖計(jì)算性能指標(biāo)。其中，響應(yīng)曲線圖橫軸為時間、縱軸為數(shù)據(jù)量，所述數(shù)據(jù)量包括電壓相位信號和基礎(chǔ)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號；所述性能指標(biāo)包括超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差。所述超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差分別為第一超調(diào)量、第一調(diào)節(jié)時間、第一穩(wěn)態(tài)誤差。

測試決策模塊就性能指標(biāo)進(jìn)行決策。當(dāng)?shù)谝怀{(diào)量不大于第一設(shè)定值、第一調(diào)節(jié)時間不大于第二設(shè)定值、第一穩(wěn)態(tài)誤差不大于第三設(shè)定值同時滿足，決策基礎(chǔ)鎖相環(huán)滿足設(shè)計(jì)要求，執(zhí)行步驟3；否則，待重新調(diào)整所述pi鎖相跟蹤環(huán)路后，再次執(zhí)行步驟2，直至基礎(chǔ)鎖相環(huán)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求；優(yōu)選地，當(dāng)基礎(chǔ)鎖相環(huán)的性能指標(biāo)不滿足設(shè)定的設(shè)計(jì)要求時，還包括：繪制基礎(chǔ)鎖相環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖，作為重新設(shè)計(jì)基礎(chǔ)鎖相環(huán)中鎖相跟蹤環(huán)路(確切的為環(huán)路中的控制器)的參考數(shù)據(jù)；

步驟3，模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)測試。所述模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)包括電壓信號clarke變換單元、park變換單元、pi鎖相跟蹤環(huán)路、模糊自適應(yīng)控制模塊。

數(shù)據(jù)上傳模塊上傳電網(wǎng)電壓相位信號、模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號、q軸電壓誤差信號、q軸電壓誤差變化量信號、模糊自適應(yīng)pi控制參數(shù)到數(shù)據(jù)分析模塊。所述模糊自適應(yīng)pi控制參數(shù)包括比例系數(shù)和積分系數(shù)其中k是系數(shù)符號，p是比例環(huán)節(jié)符號，i是積分環(huán)節(jié)符號，n是第n時刻。

數(shù)據(jù)分析模塊繪制響應(yīng)曲線圖，并根據(jù)響應(yīng)曲線圖計(jì)算性能指標(biāo)，響應(yīng)曲線圖橫軸為時間、縱軸為數(shù)據(jù)量，所述數(shù)據(jù)量包括電壓相位信號和模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)輸出的跟蹤相位信號。所述性能指標(biāo)包括超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差。所述超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間、穩(wěn)態(tài)誤差分別為第二超調(diào)量、第二調(diào)節(jié)時間、第二穩(wěn)態(tài)誤差；

測試決策模塊就性能指標(biāo)進(jìn)行決策。當(dāng)?shù)诙{(diào)量小于第一超調(diào)量、第二調(diào)節(jié)時間小于第一調(diào)節(jié)時間、第二穩(wěn)態(tài)誤差小于第一穩(wěn)態(tài)誤差同時滿足，決策模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)滿足優(yōu)化要求；否則，執(zhí)行步驟4，直至模糊自適應(yīng)鎖相環(huán)性能指標(biāo)滿足優(yōu)化要求；

步驟4，數(shù)據(jù)分析模塊繪制第一監(jiān)控圖，橫軸為時間，縱軸控制器相關(guān)數(shù)據(jù)量，包括所述q軸電壓誤差信號、q軸電壓誤差變化量信號、模糊自適應(yīng)pi控制參數(shù)；數(shù)據(jù)分析模塊繪制第二監(jiān)控圖，所述第二監(jiān)控圖為開環(huán)傳遞函數(shù)伯德圖；第一監(jiān)控圖和第二監(jiān)控圖的作用是輔助模糊自適應(yīng)控制模塊的重新設(shè)計(jì)。待重新設(shè)計(jì)后執(zhí)行步驟3。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：rom、ram、磁盤或光盤等。

總之，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。