一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种单相电压数字锁相方法，设定锁相调节步长最小值，当调节步长小于该最小值时，令其等于该最小值，再根据电压数字信号和调节步长构建平面矢量圆，并对矢量圆进行平面坐标旋转变换得到相位差分量，进而通过PI控制器、积分器实现锁相；本发明专利技术还提供一种用于单相电压数字锁相的锁相调节步长及锁相装置。本发明专利技术能够保证在系统的各种状态下均能正常锁相，当从电池态切换为市电逆变态后，不会出现因调节步长趋近于零而无法完成锁相的情况；且当从市电切换到旁路后，若旁路频率较高，则最小限值也将增大，进而增大调节步长，避免出现频率较高但调节步长却过小，无法很快计算出正确频率值，最终导致旁路频率异常的情况。

Single phase voltage digital phase-locked adjustment step length, method and device

The invention provides a single phase voltage digital phase locking method, setting the minimum value of the phase-locked adjustment step length. When the adjustment step is less than the minimum value, it is equal to the minimum value, and then the plane vector circle is constructed according to the voltage digital signal and the adjustment step, and the phase difference component is obtained by the plane coordinate rotation transformation of the vector circle. The PI controller and integrator are used to realize phase locking. The invention also provides a phase-locked step size and phase locking device for single-phase voltage digital phase locking. The invention can ensure that the phase lock is normal in all the states of the system. When the battery state is switched to the city electric reverse metamorphosis, the phase lock can not be completed because the adjustment step is close to zero, and the minimum limit will increase if the bypass frequency is high, and then the adjustment step will be increased. Long, avoid high frequency, but the step size is too small, can not quickly calculate the correct frequency value, and ultimately lead to abnormal bypass frequency.

【技术实现步骤摘要】
一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置
本专利技术涉及一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置。
技术介绍
现有技术中，单相电压数字锁相是通过对待预测电压进行数字采样、正弦变换等数字手段，为待预测电压构造一个矢量圆，再通过平面坐标旋转变换实现。但单相电压数字锁相方案应用于单相不间断电源系统中时，存在以下缺陷：一、市电异常时，系统从市电逆变状态切换到电池逆变状态，但当市电恢复正常，系统再次切换至市电逆变状态时，出现锁相无法完成的情况，这是因为当切换至电池逆变状态时，系统仍需进行锁相计算，但此时锁相的目标电压为零，导致锁相调节步长趋近于零，无法完成正常的频率计算与相位计算，故而无法完成锁相；二、系统有市电与旁路两路交流输入时，当上电后锁相目标电压在市电与旁路之间切换时，会出现频率计算错误的情况，这是因为在系统刚上电时，优先使用市电进行锁相，如果此时判断出市电幅值异常而旁路正常，则锁相目标电压会由市电电压切换为旁路电压，不仅锁相时间长，且如果此时旁路频率较高(例如60Hz频率模式)，则会因为锁相调节步长过小，而出现频率计算过慢，无法很快计算出正确频率值，进而导致旁路频率异常，上电旁路频率异常问题会引起旁路掉电、频率自适应失败等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置，对调节步长进行最小限幅，有效避免出现无法完成锁相或者旁路频率异常的情况。本专利技术通过以下技术方案实现：一种单相电压数字锁相方法，包括如下步骤：A、对目标电压u(t)进行频率为fs的采样得到电压数字信号u(k)；B、根据电压数字信号u(k)判断目标电压u(t)的过零点，并根据相邻过零点计算目标电压u(t)的估算频率f″0，计算锁相调节步长最小限值其中，Δf为小于f″0的常数；C、计算调节步长并判断K是否小于Kmin，若是，进入步骤D，否则进入步骤E，其中，f′0为锁相计算后反馈的目标电压u(t)的频率，其初始值为目标电压u(t)的基准频率f0；D、取K＝Kmin，并进入步骤E；E、构建平面矢量圆其中，F、对平面矢量圆进行平面坐标旋转变换，得到相位差分量Vq，并将Vq输入PI控制器，通过该PI控制器将相位差分量Vq调节趋向0；将所述PI控制器输出的增量角频率Δω和目标电压u(t)的基准角频率ω0累加获得角频率ω′，并经积分器积分输出相位角θ′，达到稳态后，相位角θ′即为目标电压u(t)的相位。进一步的，所述Δf取值范围为4Hz≤Δf≤6Hz。进一步的，在fs＞＞f′0条件下，进一步的，所述目标电压u(t)为正弦信号，构建C＝[sinθ′cosθ′]，相位差分量其中，进一步的，所述目标电压u(t)为余弦信号，构建C＝[cosθ′-sinθ′]，相位差分量其中，本专利技术还通过以下技术方案实现：一种用于单相电压数字锁相的锁相调节步长，该调节步长设定调节步长最小限值Kmin，该Kmin与fs和f″0相关联，当调节步长K小于Kmin时，取K＝Kmin，fs为目标电压u(t)的采样频率，f′0为锁相计算后反馈的目标电压u(t)的频率，f″0为根据电压数字信号u(k)计算的目标电压u(t)的估算频率。进一步的，所述其中，Δf为小于f″0的常数。本专利技术还通过以下技术方案实现：一种单相电压数字锁相装置，包括：采样模块：用于对目标电压u(t)进行频率为fs的采样得到电压数字信号u(k)；限值模块：用于根据电压数字信号u(k)判断目标电压u(t)的过零点，并根据相邻过零点计算目标电压u(t)的估算频率f″0，计算锁相调节步长最小限值其中，Δf为小于f″0的常数；调节步长确定模块：用于计算调节步长并判断K是否小于Kmin，若是，令K＝Kmin；其中，f′0为锁相计算后反馈的目标电压u(t)的频率，其初始值为目标电压u(t)的基准频率f0；矢量圆构建模块：用于构建平面矢量圆其中，输出相位确定模块：用于对平面矢量圆进行平面坐标旋转变换，得到相位差分量Vq，并将Vq输入PI控制器，通过该PI控制器将相位差分量Vq调节趋向0；将所述PI控制器输出的增量角频率Δω和目标电压u(t)的基准角频率ω0累加获得角频率ω′，并经积分器积分输出相位角θ′，达到稳态后，相位角θ′即为目标电压u(t)的相位。进一步的，所述Δf取值范围为4Hz≤Δf≤6Hz。进一步的，在fs＞＞f′0条件下，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术根据目标电压u(t)的估算频率对锁相过程中的调节步长的最小限值当调节步长K小于最小限值时，令调节步长K等于最小限值Kmin，再利用调节步长K及目标电压的采样值u(k)构建平面矢量圆并对矢量圆进行平面坐标旋转变换得到相位差分量Vq，PI控制器将Vq调节趋向0，PI控制器输出的增量角频率Δω和目标电压u(t)的基准角频率ω0累加获得角频率ω′，并经积分器积分输出相位角θ′，达到稳态后，相位角θ′即为目标电压u(t)的相位，即实现锁相；对调节步长设置最小限值，且最小限值根据目标电压频率的不同而不同，能够保证本专利技术在系统的各种状态下均能正常发挥作用，当从电池态切换为市电逆变态后，不会出现因调节步长K趋近于零而无法完成锁相的情况；且当从市电切换到旁路后，如果旁路频率较高，则最小限值也将增大，进而增大调节步长K，避免出现频率较高但调节步长却过小，导致出现频率计算过慢，无法很快计算出正确频率值，最终导致旁路频率异常的情况。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步详细说明。图1为本专利技术的单相电压数字锁相方法的原理框图。图2为本专利技术的单相电压数字锁相方法的流程图。具体实施方式如图1和图2所示，一种单相电压数字锁相方法，包括如下步骤：A、对目标电压u(t)进行频率为fs的采样得到电压数字信号u(k)，本实施例中，目标电压为正弦信号：u(t)＝U0∠0°＝U0sin(ωt)，假定目标电压u(t)的初始相位为0°，则采样后得到的电压数字信号f0为目标电压u(t)的基准频率，U0为目标电压u(t)的幅值；B、根据电压数字信号u(k)判断目标电压u(t)的过零点，并根据相邻过零点计算目标电压u(t)的估算频率f″0，计算锁相调节步长最小限值其中，Δf为小于f″0的常数，其取值范围为4Hz≤Δf≤6Hz，在本实施例中，取Δf＝5Hz；C、计算锁相调节步长并判断K是否小于Kmin，若是，进入步骤D，否则进入步骤E，其中，f′0为锁相计算后反馈的目标电压u(t)的频率，其初始值为目标电压u(t)的基准频率f0，在一般的数字采样系统中，采样频率fs＞＞f′0，本实施例中，取fs＝20kHz，因此在实际计算时，调节步长可依照进行等效计算；D、取K＝Kmin，并进入步骤E；E、构建平面矢量圆其中，F、对平面矢量圆进行平面坐标旋转变换，得到相位差分量，并将Vq输入PI控制器，通过该PI控制器将相位差分量Vq调节趋向0；将所述PI控制器输出的增量角频率Δω和目标电压u(t)的基准角频率ω0累加获得角频率ω′，并经积分器积分输出相位θ′，达到稳态后，相位θ′即为目标电压u(t)的相位；其中，平面坐标旋转变换的过程为：目标电压u(t)为正弦信号，构建C＝[sinθ′cosθ′]T，令相位差分量达到稳态后，Vq＝U0sin(θ-θ′)＝0，则积分器输出的相位θ′即为目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相电压数字锁相方法，其特征在于：包括如下步骤：A、对目标电压u(t)进行频率为fs的采样得到电压数字信号u(k)；B、根据电压数字信号u(k)判断目标电压u(t)的过零点，并根据相邻过零点计算目标电压u(t)的估算频率f″0，计算锁相调节步长最小限值

【技术特征摘要】
1.一种单相电压数字锁相方法，其特征在于：包括如下步骤：A、对目标电压u(t)进行频率为fs的采样得到电压数字信号u(k)；B、根据电压数字信号u(k)判断目标电压u(t)的过零点，并根据相邻过零点计算目标电压u(t)的估算频率f″0，计算锁相调节步长最小限值其中，Δf为小于f″0的常数；C、计算调节步长并判断K是否小于Kmin，若是，进入步骤D，否则进入步骤E，其中，f′0为锁相计算后反馈的目标电压u(t)的频率，其初始值为目标电压u(t)的基准频率f0；D、取K＝Kmin，并进入步骤E；E、构建平面矢量圆其中，u′(k)＝u(k)|f0＝f′0,F、对平面矢量圆进行平面坐标旋转变换，得到相位差分量Vq，并将Vq输入PI控制器，通过该PI控制器将相位差分量Vq调节趋向0；将所述PI控制器输出的增量角频率Δω和目标电压u(t)的基准角频率ω0累加获得角频率ω′，并经积分器积分输出相位角θ′，达到稳态后，相位角θ′即为目标电压u(t)的相位。2.根据权利要求1所述的一种单相电压数字锁相方法，其特征在于：所述Δf取值范围为4Hz≤Δf≤6Hz。3.根据权利要求1所述的一种单相电压数字锁相方法，其特征在于：所述步骤C中，在fs＞＞f′0条件下，4.根据权利要求1或2或3所述的一种单相电压数字锁相方法，其特征在于：所述目标电压u(t)为正弦信号，构建C＝[sinθ′cosθ′]，相位差分量其中，5.根据权利要求1或2或3所述的一种单相电压数字锁相方法，其特征在于：所述目标电压u(t)为余弦信号，构建C＝[cosθ′-sinθ′]，相位差分量其中，6.一种用于单相电压数字锁相的锁相调节步长，该调节步长其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：易龙强，高丽红，王定富，蔡钟山，
申请(专利权)人：漳州科华技术有限责任公司，厦门科华恒盛股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35