CN107561362A - 一种适用于非理想电网的sai锁相环方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于非理想电网的SAI锁相环方法，提取三相电网电压，电网电压通过Clarke变换到αβ坐标系下，用SAI调节器对变换到αβ坐标系下的电压进行正序基波提取，对正序基波进行Park变换，变换到dq坐标系下，此时q轴的输出经过PI调节器，可以得到电网的同步角频率，再经过积分之后，得到电网的相位角。本发明方法不仅能够在电网平衡状态下进行准确的相位跟踪，在对三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变等情况的非理想电网环境下，该锁相环方法也能准确的获取电网同步信号，大大拓宽了锁相环的应用范围，提高了对电网同步信号跟踪的准确性。

Description

一种适用于非理想电网的SAI锁相环方法

技术领域

本发明涉及电力电子功率变换器调制及控制领域，尤其是一种适用于三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变等情况的非理想电网的SAI锁相环技术。

背景技术

跟踪、锁定交流信号的相位，且在必要时还可提供有关信号的频率和幅值信息是锁相环的主要功能。在PWM整流器控制中，为实现其网侧有功、无功功率控制，需动态获取电网电压相位信息，这样就要采用锁相环对电网电压进行锁相。在实际应用时，特别是在大规模新能源并网发电场合，常常要求PWM整流器适应非理想电网环境(三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变)的运行，这对相应的锁相环控制提出了更高的技术性能要求。可见，锁相环技术作为PWM整流器控制技术的核心之一，其性能直接影响到PWM整流器的并网控制性能。在有源滤波器的谐波检测环节也是锁相环的主要用途之一。

鉴于锁相环的重要性，越来越多的学者对其进行了研究，提出了诸多锁相环的控制与设计方案，从而使锁相环的性能也不断地得到改善和提升。

当电网电压平衡时，电网电压只存在正序分量，此时传统的SRF-PLL能够准确的跟踪电网电压的同步信号，而当电网电压不平衡时由于负序分量的引入，传统的SRF-PLL就难以取得令人满意的效果。本发明所提锁相方法，不仅在平衡状态下能跟踪电网电压的同步信号，在三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变等非理想电网环境下，该锁相环方法也能准确的获取电网同步信号，大大拓宽了锁相环的应用范围，提高了对电网同步信号跟踪的准确性。

发明内容

本发明目的在于提供一种针对三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变等情况下的非理想电网环境的适用于非理想电网的SAI锁相环方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括三相电网电压的提取、Clarke变换、正序基波电压提取、Park变换、PI调节器和积分环节的应用；所述方法包括如下步骤：

步骤1，对电网三相电压进行提取，经过Clarke变换运算，得到αβ坐标系下的电压；

步骤2，用SAI结构的正、负序基波提取环节对变换到αβ坐标系下的电压进行正、负序基波电压提取，在完全消去高次谐波电压和负序谐波电压的基础上，提取正序基波电压；

步骤3，对提取出的正序基波电压进行Park变换运算，变换到dq坐标系下；

步骤4，在步骤3中q轴的输出，经过PI调节器，得到电网的同步角频率，再经过积分之后，得到电网的相位角。

进一步的，步骤2中所述的SAI结构是一种具有极性选择特性的带通滤波器。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、应用SAI的正、负序基波提取环节，除去电压正序基波分量以外的电压正、负序的谐波基础上，形成一种新的锁相方法，不仅能够在三相平衡电网状态下准确的获取电网的同步信号，同时也能够在三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变等情况下的非理想电网环境，准确的获取电网的同步信号。

2、结构较简单，思路较清晰，运算量较小，时效性较好，性能优良。

附图说明

图1为本发明整体结构框图。

图2为传统的SRF-PLL结构框图。

图3为正序SAI结构图。

图4为SAI正序基波幅频特性图。

图5为负序SAI结构图。

图6为SAI负序基波幅频特性图。

图7为本发明正负序分离原理图。

图8为本发明的正序基波电压提取结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

本发明方法在SRF-PLL法的基础上，增加了正、负序基波电压提取环节。所述方法内容包括如下步骤：

步骤1，对电网三相电压进行提取，经过Clarke变换运算，得到αβ坐标系下的电压；

步骤2，用SAI结构的正、负序基波提取环节对变换到αβ坐标系下的电压进行正、负序基波电压提取，在完全消去高次谐波电压和负序谐波电压的基础上，提取正序基波电压；

步骤3，对提取出的正序基波电压进行Park变换运算，变换到dq坐标系下；

步骤4，在步骤3中q轴的输出，经过PI调节器，得到电网的同步角频率，再经过积分之后，得到电网的相位角。

图1所示为本发明整体结构框图，首先对三相电网电压提取，电网电压通过Clarke变换到αβ坐标系下，用SAI调节器对变换到αβ坐标系下的电压进行正序基波提取，对正序基波进行Park变换，变换到dq坐标系下，此时q轴的输出经过PI调节器，可以得到电网的同步角频率，再经过积分之后，得到电网的相位角。

图2所示为传统的SRF-PLL结构框图，对提取的三相电网电压通过Clarke和Park变换，变换到dq坐标系下，q轴的输出经过PI调节器，可以得到电网的同步角频率，再经过积分之后，得到电网的相位角。图1所提方法在图2的SRF-PLL方法基础上增加了SAI对正、负序基波电压提取的环节，除去电网中负序电压分量，得到正序基波电压，所形成的新锁相方法不仅能够在三相平衡电网状态下准确的获取电网的同步信号，同时也能够在三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染和频率跳变等情况下的非理想电网环境，准确的获取电网的同步信号。

图3所示为正序SAI结构图。利用正序的SAI提取法，对电压的正序基波分量进行提取，从电网复杂的成分中提取出正序基波分量，为实现电网电压同步信号的跟踪奠定了基础。

图4所示为SAI正序基波幅频特性图。由正序基波的幅频特性图可以看出在中心角频率处具有谐振峰值，对于其它频率的信号都具有衰减作用，对于50Hz的正序分量具有极性选择作用。正是由于其具有极性选择的作用，可以用来提取正序基波电压。

图5所示为负序基波的SAI原理图。同理，利用负序的SAI原理图可以对负序基波分量进行提取。

图6所示为负序基波的幅频特性图。当ω＝-100π时，由于SAI对于输入信号为-50Hz的负序信号具有极性选择的能力，对其他频率的信号具有滤波作用。因此SAI结构是一种具有极性选择特性的带通滤波器。

图7所示为本发明正负序分离原理图。正负序分离结构是由一系列的SAI模块组成，电网电压先进行abc坐标系到αβ坐标系的变化，再利用SAI不同频率的极性选择作用来分离、提取所需要的频率的正负序电压。本发明中为了实现一种适用于非理想电网的SAI锁相环技术，只利用了正负序分离结构中的αβ轴下电压正序基波分离结构来分别提取正序基波电压，提取到的正序基波电压就可以进行锁相，从而使本发明所提方法可以应用到三相不平衡、电压跌落或骤升、谐波污染等非理想电网环境下。

图8所示为本发明的正序基波电压提取结构图。由图8可知，对变换到αβ轴下的电网电压分别进行正、负序基波的提取，在提取到的正序基波电压的基础上，减去提取的负序基波电压，因为SAI的正、负序基波提取环节都表现为带通滤波器的形式，故除去正序基波电压的其它次正、负序谐波电压在正序基波电压的提取过程中被滤除，就能得到含有谐波较少正序基波电压，从而进行锁相，获取比较精准的电网电压同步信号。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种适用于非理想电网的SAI锁相环方法，其特征在于，所述方法包括三相电网电压的提取、Clarke变换、正序基波电压提取、Park变换、PI调节器和积分环节的应用；所述方法包括如下步骤：

步骤1，对电网三相电压进行提取，经过Clarke变换运算，得到αβ坐标系下的电压；

步骤2，用SAI结构的正、负序基波提取环节对变换到αβ坐标系下的电压进行正、负序基波电压提取，在完全消去高次谐波电压和负序谐波电压的基础上，提取正序基波电压；

步骤3，对提取出的正序基波电压进行Park变换运算，变换到dq坐标系下；

步骤4，在步骤3中q轴的输出，经过PI调节器，得到电网的同步角频率，再经过积分之后，得到电网的相位角。

2.根据权利要求1所述的一种适用于非理想电网的SAI锁相环方法，其特征在于：步骤2中所述的SAI结构是一种具有极性选择特性的带通滤波器。