一种软件锁相环的实现方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种软件锁相环的实现方法及装置，该方法包括：将电网电压的三相电压分量根据克拉克变换转换成两相电压分量；将两相电压分量输入至第一双二阶广义积分器以获取所述两相电压分量对应的基波正序分量；再基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量；对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角；以及根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值并将所述相位角调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。通过该方法实现的软件锁相环，在电网电压出现电压不平衡、谐波含量大和频率波动时，依然可以实现快速准确的锁相效果。

【技术实现步骤摘要】
一种软件锁相环的实现方法及装置
本专利技术涉及电力电子领域，尤其涉及一种软件锁相环的实现方法及装置。
技术介绍
目前，在脉冲宽度调制整流器、不间断电源UPS、风能逆变器、太阳能逆变器等能量转换装置中，准确获取电网基波的相角和频率是运行控制所需的重要信息。控制中应用最广泛的三相软件锁相环为单同步旋转坐标系软件锁相环(SSRF-SPLL)，其锁相方法实现简单，在电网电压平衡、电压畸变小时，能进行快速和准确的锁相。但是，当电网电压出现电压不平衡、谐波含量大和频率波动时，现有的三相软件锁相环的锁相效果无法满足控制要求。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种软件锁相环的实现方法及装置，该软件锁相环针对电网电压出现电压不平衡、谐波含量大和频率波动时可实现快速准确锁相效果。第一方面，提供了一种软件锁相环的实现方法，所述方法包括：基于克拉克变换，将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量；根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量；基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量；对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角；根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值并将所述相位角调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。第二方面，还提供了一种软件锁相环的实现装置，所述装置包括：第一转换模块，用于基于克拉克变换，将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量；第一获取模块，用于根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量；第二转换模块，用于基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量；第二获取模块，用于对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角；反馈模块，用于根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值并将所述相位角调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。本专利技术的实施例通过将电网电压的三相电压分量根据克拉克变换转换成两相电压分量；将两相电压分量输入至第一双二阶广义积分器以获取所述两相电压分量对应的基波正序分量；再基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量；对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角；以及根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值并将所述相位角调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。通过该方法实现的软件锁相环，在电网电压出现电压不平衡、谐波含量大和频率波动时，依然可以实现快速准确的锁相效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种软件锁相环的实现方法的示意流程图；图2是图1中的步骤S104的子步骤示意流程图；图3是图1中的步骤S105的子步骤示意流程图；图4是本专利技术实施例提供的二阶广义积分器的传递函数的Bode图；图5是本专利技术实施例提供的一种软件锁相环的原理框图；图6至图9是本专利技术实施例提供的软件锁相环的锁相效果示意图；图10是本专利技术实施例提供的一种软件锁相环的实现装置示意性框图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。请参阅图1，图1是本专利技术实施例提供的一种软件锁相环的实现方法的示意流程图，该软件锁相环的实现方法可以运行在数字信号处理芯片上，比如DPS、ARM等，也可以用仿真软件实现，比如MATLAB。该软件锁相环的实现方法在电网电压出现电压不平衡、谐波含量大和频率波动时，可以实现快速准确的锁相。如图1所示，该软件锁相环的实现方法包括步骤S101～S105。S101、基于克拉克变换，将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量。在本专利技术的实施例中，在基于克拉克变换将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量之前，还包括：采样获取所述电网电压的三相电压分量。具体地，可以通过采样电路单元对电网线电压或相电压信息进行相关处理后，以获得该电网电压的三相电压分量，分别表示为：Va、Vb和Vc。具体地，该克拉克变换包括克拉克(Clark)变换式，通过该克拉克变换式可以将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量，两相电压分量分别表示为：Vα和Vβ。所述克拉克变换式：其中，在公式(1-1)中，Vα和Vβ为所述两相电压分量，即两相静止αβ坐标系下的电压；Va、Vb和Vc为电网电压的三相电压分量，即三相静止abc坐标系下的电压。S102、根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量。在本专利技术的实施例中，将两相电压分量Vα和Vβ输入至第一双二阶广义积分器进行相关计算后得到所述两相电压分量对应的基波正序分量，该基波正序分量表示为：和由于基波正序分量与三相电压分量的相序有关，即针对正负相序使用不同计算公式进行计算。因此，所述根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量，包括：判断所述电网电压的三相电压分量的相序并生成判断结果；根据所述判断结果和第一双二阶广义积分器选择不同的预设计算公式计算所述两相电压分量对应的基波正序分量。比如，Va、Vb和Vc为正序时，即表示为：Va＝Umcos(ωt)Vb＝Umcos(ωt-2π/3)Vc＝Umcos(ωt+2π/3)则基波正序分量和由下述第一预设计算公式计算，第一预设计算公式：在第一预设计算公式(1-2)中，qV′α、qV′β、V′α和V′β为所述第一双二阶广义积分器接收两相电压分量Vα和Vβ的输出量，q等于Va、Vb和Vc为负序时，即表示为：Va＝Umcos(ωt)Vb＝Umcos(ωt+2π/3)Vc＝Umcos(ωt-2π/3)则基波正序分量和由下述第二预设计算公式计算，第二预设计算公式：在第二预设计算公式(1-3)中，qV′α、qV′β、V′α和V′β为所述第一双二阶广义积分器接收两相电压分量Vα和Vβ的输出量，q等于由所述第一双二阶广义积分器可以在电网电压正常或电网电压存在电压不平衡时计算出基波正序分量，同时又可以滤除电网电压中的谐波分量，因此可以提高锁相环的准确度。S103、基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量。在本专利技术的实施例中，利用帕克(Park)变换式，将基波正序分量和转成d轴电压分量和q轴电压分量。其中，该d轴电压分量和q轴电压分量分别表示为Vd和Vq。具体地，所述帕克变换式：在式(1-4)中，Vq和Vd分别为所述d轴电压分量、q轴电压分量，和为基波正序分量。S104、对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角。在本专利技术的实施例中，将所述q轴电压分量输入至PI调节器后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软件锁相环的实现方法，其特征在于，包括：基于克拉克变换，将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量；根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量；基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量；对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角；根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值并将所述相位角调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。

【技术特征摘要】
1.一种软件锁相环的实现方法，其特征在于，包括：基于克拉克变换，将电网电压的三相电压分量转换成两相电压分量；根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量；基于帕克变换，将所述基波正序分量转换成d、q轴电压分量；对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角；根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值并将所述相位角调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。2.根据权利要求1所述的软件锁相环的实现方法，其特征在于，所述根据第一双二阶广义积分器获取所述两相电压分量对应的基波正序分量，包括：判断所述电网电压的三相电压分量的相序并生成判断结果；根据所述判断结果和第一双二阶广义积分器选择不同的预设计算公式计算所述两相电压分量对应的基波正序分量。3.根据权利要求1所述的软件锁相环的实现方法，其特征在于，所述对所述q轴电压分量进行PI调节积分以获取电网电压的相位角，包括：将所述q轴电压分量输入至PI调节器进行PI调节；将所述PI调节输出量加上初始角频率以获取电网电压的角频率；以及通过积分器对所述角频率进行积分以获得电网电压的相位角。4.根据权利要求1所述的软件锁相环的实现方法，其特征在于，所述相位角调节值包括正弦调节值和余弦调节值；所述根据第二双二阶广义积分器获取所述相位角对应的相位角调节值，包括：计算所述相位角的正弦值和余弦值；将所述正弦值和余弦值输入至第二双二阶广义积分器以获取所述正弦调节值和余弦调节值；以及将所述正弦调节值和余弦调节值反馈至所述帕克变换进行闭环调节以形成软件锁相环。5.根据权利要求1所述的软件锁相环的实现方法，其特征在于，所述第一双二阶广义积分器和第二双二阶广义积分器的传递函数包括：其中，k为系统增益，为谐振角频率，s是拉普拉斯变换变量。6.根据权利要求1所述的软件锁相环的实现方法，其特征在于，所述克拉克变换包括克拉克变换式，所述帕克变换包括帕克变换式；所述克拉克变换式：

【专利技术属性】
技术研发人员：戴华夏，
申请(专利权)人：深圳市英威腾电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44