一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于电压暂降情况下，基于延时信号消除方法的改进型软件锁相技术实现方法，包括步骤1：将三相静止坐标系下三相电压usa、usb、usc变换至两相静止αβ坐标系下分量usα和usβ；步骤2：所得usα和usβ通过延迟信号消除法分离出在两相静止αβ坐标系下的电网电压正序分量和步骤3：计算锁相环输出相角和实际电网的相角差值与αβ坐标系下正序分量幅值的乘积步骤4：计算电网电压的频率信息；步骤5：对于电网电压的频率进行积分后得到电网电压的相位信息，该相位信息被用作步骤3中的三角函数合并运算，进而构成闭环反馈系统。本发明专利技术以在电网发生电压暂降的情况下，快速提供准确的电网电压基波正序分量的相位和频率。

A phase locked loop method for voltage sag

The invention discloses an applied voltage sag condition, realization method of improved software PLL signal elimination method based on delay, including step 1: three-phase coordinates of three-phase voltage USA, USB, USC transform to the two-phase stationary coordinate component of us alpha and us beta; step 2: the US alpha and us beta by delaying the signal elimination of isolated positive sequence voltage component and steps in the two-phase stationary coordinates 3 steps: product of the amplitude of positive sequence calculation of the PLL output phase and the phase difference between the actual power grid and alpha beta coordinates: 4 calculate the frequency information of the grid voltage step; 5: integral for the grid voltage frequency is obtained after the phase information of the grid voltage, the phase information to be used in the 3 steps of trigonometric function merge operations, and thus constitute a closed-loop feedback system. The invention provides a fast and accurate phase and frequency of the positive sequence component of the voltage of the power network under the condition of voltage sag.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电能检测，锁相
，具体涉及一种应用于电压暂降情况下，基于延时信号消除(DelaySignalCancellation,DSC)方法的改进型软件锁相技术实现方法。
技术介绍
随着电力工业和电力电子技术的迅速发展，以及传统化石能源的日益枯竭，可再生能源在电力系统的广泛应用已成为必然趋势。然而，可在生能源常以分布式的形式介入电网中，这使得电力系统网络结构复杂化、负荷弹性化和非线性化。不仅如此，这还严重污染了电力系统的电能质量，危及可再生能源的并网接入。在可再生能源系统中，并网逆变器是实现可再生能源发电单元与电网联系的接口，是十分关键的设备。面对电力系统最为常见的故障——电压暂降，并网逆变器不离网不间断运行成为其最为重要的发展方向之一，即实现低电压穿越。目前的低电压穿越的控制方案一般是基于dq同步旋转坐标系下进行的，这使得快速而准确地测量电压暂降下的相角和频率成为逆变器实现低压穿越亟需解决的问题。如图1所示，目前广泛采用的措施是锁相环技术。硬件锁相环采用过零点检测，这使得基波正序电压的测量受到负序电压和零序电压较大的影响。而基于Clarke变换和Park变换的软件锁相环方案通常受到二倍频谐波的干扰，或滤波器延时的影响。这使得锁相环在电压暂降发生时，响应时间长，频率的超调量大，相角的跟踪速度慢，这都会给逆变器的低电压穿越带来负面影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提出了一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方法，可以在电网发生电压暂降的情况下，快速提供准确的电网电压基波正序分量的相位和频率。本专利技术解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现：一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方式，包括以下步骤：步骤1：采样三相电网电压，通过Clarke变换，将三相静止坐标系下三相电压usa、usb和usc变换至两相静止αβ坐标系下分量uα和uβ；步骤2：uα和uβ通过延迟信号消除法分离出在两相静止αβ坐标系下的电网电压正序分量和步骤3：将αβ坐标系下的电网电压正序分量和分别乘以锁相环所输出相角的正弦值和余弦值，经三角函数合并，得到锁相环输出相角和实际电网的相角差值Δφ与αβ坐标系下正序分量幅值的乘积构成输出信号的反馈；步骤4：计算电网电压的频率信息；步骤5：电网电压的频率进行积分后得到电网电压的相位信息，所述相位信息反馈至步骤3中的三角函数合并运算，构成闭环反馈。步骤1中两相静止αβ坐标系下分量uα和uβ，通过式(1)计算：uαuβ=Tαβusausbusc,Tαβ=231-12-12032-32---(1)]]>usa、usb和usc为三相静止坐标系下三相电压，uα和uβ为三相静止坐标系下三相电压变换到两相静止αβ坐标系下的分量。步骤2的具体实现步骤为：201：将步骤1中所得到的分量uα和uβ分为正序、负序和零序的形式，满足式(2)：式(4)中，和分别为三相电压在αβ坐标系下正序分量、负序分量和零序分量，为三相电压在αβ坐标系下正序分量幅值，为αβ坐标系下负序分量幅值，为负序电压初始相角；202：对于分量uα和uβ，进行1/4个基波周期延迟后的值，满足式(3)：T为基波周期；203：分量uα和uβ经过延时信号消除法后，得到电网电压在αβ坐标系下正序分量和负序分量，满足式(4)：uα+=1/2[uα(t)-uβ(t-T/4)]uα-=1/2[uβ(t)+uα(t-T/4)]uβ+=1/2[uα(t)+uβ(t-T/4)]uβ-=1/2[uβ(t)-uα(t-T/4)]---(4)]]>式中，为电网电压在αβ坐标系下两相电压的正序分量，为电网电压在αβ坐标系下两相电压的负序分量；uα(t)、uβ(t)为分量uα和uβ的函数表示形式。步骤3中，αβ坐标系下正序分量满足式(5)：uα+=1/2[uα(t)-uβ(t-T/4)]=Us+cos(φg)uβ+=1/2[uα(t)+uβ(t-T/4)]=Us+sin(φg),---(5)]]>为三相电压在αβ坐标系下正序分量幅值；为电网电压在αβ坐标系下两相电压的正序分量；和分量分别乘以锁相环所输出相角的正弦值和余弦值，并进行三角函数合并，得到锁相环输出相角和实际电网的相角差值与αβ坐标系下正序分量幅值的乘积，式(6)和(7)所示：φαβ-PLL=∫fαβ-PLLdt---(6)]]>uβ+cos(φαβ-PLL)-uα+sin(φαβ-PLL)=Us+sin(φg)cos(φαβ-PLL)-Us+sin(φαβ-PLL)cos(φg)=Us+sin(φg-φαβ-PLL)≈Δφ×Us+---(7)]]>式中，φαβ-PLL为锁相环输出相角，fαβ-PLL为锁相环测量输出的电网正序电压频率，Δφ为锁相环输出相角和实际电网的相角差值，φg为实际电网的相角。步骤4的计算方法为：给定角频率为实际电网角频率，令锁相环输出相角和实际电网的相角差值为零，采用PI调节器对于误差Δφ进行调节，PI调节器的输出为锁相环测量输出的电网正序电压频率fαβ-PLL。与现有锁相环技术相比，本专利技术的优点和积极效果为：本专利技术在电网电压发生平衡或不平衡电压暂降时，剔除不平衡电压中的非正序分量，在至多T/4的时间内快速、准确、稳定的完成电网频率以及电网基波相位的锁定，相比于传统的DSdq-PLL技术明显缩小了响应时间与超调量。在实际发生不同种类的电压暂降的暂态过程中表现出了稳定、准确、快速的锁定电网相位的能力。附图说明图1是基于延时信号消除法的传统锁相环DSCdq-PLL结构图；图2是基于两相静止αβ坐标系锁相环结构图；图3是延时信号消除法的实现原理结构图；图4是本专利技术改进型锁相环DSCαβ-PLL结构图图5是电网电压发生电压暂降下频率突变时示意图；图6是电网电压发生电压暂降下相位突变时示意图；图7a是在电网频率发生突变时基于延时信号消除法的传统锁相环(DSCdq-PLL)输出频率示意图；图7b是在电网频率发生突变时基于本专利技术的改进型锁相环(DSCαβ-PLL)输出频率示意图；图8是电网频率发生突变时基于本专利技术的改进型锁相环输出相位与电网正序基波电压对比示意图；图9是电网相位发生突变时基于本专利技术的改进型锁相环输出相位与电网正序基波电压对比示意图。具体实施方式下面参照附图，对本方法的应用进行详细描述。本专利技术解决现有的技术问题通过以下技术方案进行实现：一种适用于电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采样三相电网电压，通过Clarke变换，将三相静止坐标系下三相电压usa、usb和usc变换至两相静止αβ坐标系下分量uα和uβ；步骤2：uα和uβ通过延迟信号消除法分离出在两相静止αβ坐标系下的电网电压正序分量和步骤3：将αβ坐标系下的电网电压正序分量和分别乘以锁相环所输出相角的正弦值和余弦值，经三角函数合并，得到锁相环输出相角和实际电网的相角差值Δφ与αβ坐标系下正序分量幅值的乘积构成输出信号的反馈；步骤4：计算电网电压的频率信息；步骤5：电网电压的频率进行积分后得到电网电压的相位信息，所述相位信息反馈至步骤3中的三角函数合并运算，构成闭环反馈。

【技术特征摘要】
1.一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采样三相电网电压，通过Clarke变换，将三相静止坐标系下三相电压usa、usb和usc变换至两相静止αβ坐标系下分量uα和uβ；步骤2：uα和uβ通过延迟信号消除法分离出在两相静止αβ坐标系下的电网电压正序分量和步骤3：将αβ坐标系下的电网电压正序分量和分别乘以锁相环所输出相角的正弦值和余弦值，经三角函数合并，得到锁相环输出相角和实际电网的相角差值Δφ与αβ坐标系下正序分量幅值的乘积构成输出信号的反馈；步骤4：计算电网电压的频率信息；步骤5：电网电压的频率进行积分后得到电网电压的相位信息，所述相位信息反馈至步骤3中的三角函数合并运算，构成闭环反馈。2.根据权利要求1中所述的一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方法，其特征在于：所述步骤1中两相静止αβ坐标系下分量uα和uβ，通过式(1)计算：uαuβ=Tαβusausbusc,Tαβ=231-12-12032-32---(1)]]>usa、usb和usc为三相静止坐标系下三相电压，uα和uβ为三相静止坐标系下三相电压变换到两相静止αβ坐标系下的分量。3.根据权利要求1中所述的一种适用于电压暂降情况下的锁相环实现方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现步骤为：201：将步骤1中所得到的分量uα和uβ分为正序、负序和零序的形式，满足式(2)：式(4)中，和分别为三相电压在αβ坐标系下正序分量、负序分量和零序分量，为三相电压在αβ坐标系下正序分量幅值，为αβ坐标系下负序分量幅值，为负序电压初始相角；202：对于分量uα和uβ，进行1/4个基波周期延迟后的值，满足式(3)：T为基波周期；203：分量uα和uβ经过延时信号消除法后，得到电网电压在αβ坐标系下正序分量和负序分量，满足式(4)：uα+=1/2[uα(t)-uβ(t-T/4)]uα-=1/2[uβ(t)+uα(t-T/4)]uβ+=1/2[uα(t)+u&beta...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗珊珊，谢运祥，陈兵，关远鹏，聂雄，黑晨阳，马辉，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，华南理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32