同步旋转坐标系锁相环及其测试方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种同步旋转坐标系锁相环及其测试方法、装置，所述锁相环包括：坐标变换模块，用于根据锁相跟踪环路反馈的相角，将接收的电网电压信号转换到dq坐标系下，并根据预设q轴电压参考值，求取q轴电压误差；模糊自适应控制模块，用于以q轴电压误差和/或反映q轴电压误差特性的参数为输入量，利用模糊控制算法，得到锁相跟踪环路的控制器的控制参数调整量，并将其输出至所述控制器；锁相跟踪环路，用于以q轴电压误差为输入，在所述控制器的控制下，对电网相位进行跟踪，并将跟踪得到的相角反馈至坐标变换模块。本发明专利技术提出的锁相环为结合了模糊自适应控制的锁相环，其通过模糊自适应控制锁相环的控制器，实现了快速准确的电网相位跟踪。

Phase locked loop of synchronous rotating coordinate system and its testing method and device

The invention discloses a phase-locked loop and its test method, the synchronous rotating coordinate device, the phase-locked loop includes coordinate transformation module, according to the frequency tracking phase feedback loop, the voltage signal is converted into dq coordinate system, and according to the preset q axis voltage reference value for q axis voltage error; adaptive fuzzy control module for parameters of voltage error and / or reflect the q axis q axis voltage error characteristics as input, and uses the fuzzy control algorithm, the control parameter adjustment amount controller phase-locked tracking loop, and the output to the controller; phase locked tracking loop for q axis voltage error as input, under the control of the controller, to track the grid phase, phase angle and tracking feedback to coordinate transformation module. The phase locked loop proposed in this paper is a phase-locked loop combining fuzzy adaptive control, which realizes the fast and accurate phase tracking of the power grid by the fuzzy adaptive control of the phase-locked loop controller.

【技术实现步骤摘要】
同步旋转坐标系锁相环及其测试方法、装置
本专利技术涉及可再生能源分布式发电系统并网中的锁相
，尤其涉及一种同步旋转坐标系锁相环及其测试方法、装置。
技术介绍
基于太阳能、风能等可再生能源的分布式发电与微电网技术已经受到全世界的高度重视，电网同步锁相是并网运行需要解决的关键问题之一。同步锁相策略按控制方法分为两大类：开环控制(open-loopmethods)和闭环控制(closed-loopmethods)。典型的开环控制策略包括电网电压的过零点检测技术(zerocrossingdetection,ZCD)、电网电压滤波理论(filteringmethods)等，其原理简单，实现方便，但采用开环控制锁相的系统对频率波动、电压畸变、三相电压不平衡等现象较为敏感，控制响应缓慢，常应用在电网电压波形良好的场合，不适用于环境恶劣的工业现场。锁相环(phase-lockedloop,PLL)技术是典型的闭环控制同步策略，主要应用在单相场合；基于同步坐标系的锁相环(synchronousrotatingframe-PLL,SRF-PLL)技术广泛应用在三相场合，但其动态响应速度与带宽设计息息相关；为解决电网畸变和频率波动带来的带宽设计问题，提出了基于谐振因子的二阶通用积分器锁相环(second-ordergeneralizedintegrator-PLL,SOGI-PLL)和正弦跟踪理论(sinusoidaltrackingalgorithm,STA)，也称为加强型锁相环(enhancedPLL,EPLL)技术，获得了广泛关注；在三相电压不平衡的场合，针对传统PLL输出中包含的二阶谐波，提出一系列控制方法能够准确提取正序分量，包括解耦双同步旋转坐标系锁相环(decoupleddoublesynchronouslyrotatingreferenceframePLL,DDSRF-PLL)、基于通用积分器的正序滤波器(positivesequencefilter,PSF)、双二阶通用积分器(doublesecond-ordergeneralizedintegrator,DSOGI)以及混合坐标系锁相环(fixed-reference-framePLL,FRF-PLL)等。除此之外，还有一些频率检测方面的理论方法，如傅里叶变换理论(Fouriertransformmethods)、空间矢量离散傅里叶变换理论(Space-vectordiscreteFouriertransformmethods)等，这些方法需要大的存储容量和计算资源，并不适用于实时控制应用场合。
技术实现思路
本专利技术提供一种同步旋转坐标系锁相环及其测试方法、装置，用以解决现有技术中同步旋转坐标系锁相环的响应速度需要依赖于带宽设计、以及不适用于电网相位、频率波动等应用场景的问题。依据本专利技术的一个方面，提供一种同步旋转坐标系锁相环，包括：坐标变换模块、模糊自适应控制模块和锁相跟踪环路；所述坐标变换模块，用于根据所述锁相跟踪环路反馈的相角，将接收的电网电压信号转换到dq坐标系下，并根据预设q轴电压参考值，求取q轴电压误差；所述模糊自适应控制模块，用于以所述q轴电压误差和/或反映q轴电压误差特性的参数为输入量，利用模糊控制算法，得到所述锁相跟踪环路的控制器的控制参数调整量，并将其输出至所述控制器；所述锁相跟踪环路，用于以所述q轴电压误差为输入，在控制参数随所述模糊自适应控制模块的输出而实时调整的所述控制器的控制下，对电网相位进行跟踪，并将跟踪得到的相角反馈至所述坐标变换模块。依据本专利技术的另一个方面，还提供一种同步旋转坐标系锁相环的测试方法，包括：对用于测试的电网电压信号施加扰动，并将其输出到基础锁相环；所述基础锁相环为模糊自适应模块功能关闭下的所述锁相环；根据施加扰动后的电网电压的相位信号和基础锁相环输出的跟踪相位信号，确定基础锁相环的性能指标；检测基础锁相环的性能指标是否满足设定的设计要求，当满足时，将施加扰动的电网电压信号输出到模糊自适应锁相环；所述模糊自适应锁相环为模糊自适应模块功能开启下的所述锁相环；根据施加扰动后的电网电压的相位信号、模糊自适应锁相环输出的跟踪相位信号、模糊自适应锁相环中模糊自适应控制模块的输入量以及锁相跟踪环路中控制器的控制参数，确定模糊自适应锁相环的性能指标；将基础锁相环和模糊自适应锁相环的性能指标进行比较，当模糊自适应锁相环的性能指标优于基础锁相环的性能指标时，判定为测试通过，否则判定为未通过。依据本专利技术的第三个方面，还提供一种同步旋转坐标系锁相环的测试装置，包括：扰动模块，用于对用于测试的电网电压信号施加扰动，并将其输出到基础锁相环；所述基础锁相环为模糊自适应模块功能关闭下的所述锁相环；数据上传模块，用于获取施加扰动后的电网电压的相位信号和基础锁相环输出的跟踪相位信号，并将其上传至数据分析模块；数据分析模块，用于根据所述数据上传模块上传的数据，确定基础锁相环的性能指标；测试决策模块，用于检测基础锁相环的性能指标是否满足设定的设计要求，当满足时，触发所述扰动模块将施加扰动的电网电压信号输出到模糊自适应锁相环；所述模糊自适应锁相环为模糊自适应模块功能开启下的所述锁相环；所述数据上传模块，还用于获取施加扰动后的电网电压的相位信号、模糊自适应锁相环输出的跟踪相位信号、模糊自适应锁相环中模糊自适应控制模块的输入量以及锁相跟踪环路中控制器的控制参数，并将其上传至数据分析模块；所述数据分析模块，还用于根据所述数据上传模块上传的数据，确定模糊自适应锁相环的性能指标；所述测试决策模块，还用于将基础锁相环和模糊自适应锁相环的性能指标进行比较，当模糊自适应锁相环的性能指标优于基础锁相环的性能指标时，判定为测试通过，否则判定为未通过。本专利技术有益效果如下：本专利技术提出的同步旋转坐标系锁相环为结合了模糊自适应控制的锁相环，其通过模糊自适应控制锁相环的控制器，实现了快速准确的电网相位跟踪。本专利技术所述的锁相环与已有的同类型锁相环相比，既提高了响应速度，又降低了超调量、消除了稳态误差，使其可以适用于电网相位和频率波动的非线性过程。本专利技术所述锁相环的控制过程无需大量数学运算，占用内存少，可以满足实时控制的需求。同时，本专利技术还提了基于模糊控制的锁相环的测试方法，实现了对锁相环可观可控的测试。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本专利技术提供的基于模糊自适应控制的同步旋转坐标系锁相环的结构框图；图2为带有同步旋转坐标系锁相环的分布式能源并网发电系统框图；图3为基于模糊自适应控制的三相同步旋转坐标系锁相环的结构图；图4为本专利技术中涉及的隶属函数图；图5为传统锁相环与本专利技术锁相环控制效果对比曲线图；图6为本专利技术提供的一种锁相环的测试方法的流程图；图7为本专利技术提供的一种锁相环的测试装置的结构框本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步旋转坐标系锁相环，其特征在于，包括：坐标变换模块、模糊自适应控制模块和锁相跟踪环路；所述坐标变换模块，用于根据所述锁相跟踪环路反馈的相角，将接收的电网电压信号转换到dq坐标系下，并根据预设q轴电压参考值，求取q轴电压误差；所述模糊自适应控制模块，用于以所述q轴电压误差和/或反映q轴电压误差特性的参数为输入量，利用模糊控制算法，得到所述锁相跟踪环路的控制器的控制参数调整量，并将其输出至所述控制器；所述锁相跟踪环路，用于以所述q轴电压误差为输入，在控制参数随所述模糊自适应控制模块的输出而实时调整的所述控制器的控制下，对电网相位进行跟踪，并将跟踪得到的相角反馈至所述坐标变换模块。

【技术特征摘要】
1.一种同步旋转坐标系锁相环，其特征在于，包括：坐标变换模块、模糊自适应控制模块和锁相跟踪环路；所述坐标变换模块，用于根据所述锁相跟踪环路反馈的相角，将接收的电网电压信号转换到dq坐标系下，并根据预设q轴电压参考值，求取q轴电压误差；所述模糊自适应控制模块，用于以所述q轴电压误差和/或反映q轴电压误差特性的参数为输入量，利用模糊控制算法，得到所述锁相跟踪环路的控制器的控制参数调整量，并将其输出至所述控制器；所述锁相跟踪环路，用于以所述q轴电压误差为输入，在控制参数随所述模糊自适应控制模块的输出而实时调整的所述控制器的控制下，对电网相位进行跟踪，并将跟踪得到的相角反馈至所述坐标变换模块。2.如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述反映q轴电压误差特性的参数包括：q轴误差变化率和/或q轴误差积分量。3.如权利要求2所述的锁相环，其特征在于，还包括：微分器和/或积分器；所述微分器，用于从所述坐标变化模块获取q轴电压误差，对其进行微分处理，得到q轴误差变化率，并将所述q轴误差变化率作为所述模糊自适应控制模块的一个输入量发送至所述模糊自适应控制模块；所述积分器，用于从所述坐标变化模块获取q轴电压误差，对其进行积分处理，得到q轴误差积分量，并将所述q轴误差积分量作为所述模糊自适应控制模块的一个输入量发送至所述模糊自适应控制模块。4.如权利要求1或2或3所述的锁相环，其特征在于，所述模糊自适应控制模块具体包括：模糊化接口单元，用于在各输入量和各控制量的论域上定义各量的语言变量、设定各语言变量的基本论域、定义各语言变量的语言值、确定量化因子和比例因子、定义各语言值的隶属函数、以及确定模糊规则；模糊推理单元，用于通过所述量化因子，将实际的输入量进行量化处理，根据定义的隶属函数，将量化处理的各输入量转化为模糊输入，以及根据模糊输入和确定的模糊规则，进行模糊推理，得到模糊值；解模糊接口单元，用于利用设定的解模糊算法，对模糊推理单元得到的模糊值进行解模糊处理，得到精确输出量，并利用所述比例因子将所述精确输出量转换为控制参数的调整量。5.如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述坐标变换模块具体包括：一级坐标变换单元，用于将电网电压信号转换到αβ坐标系下；二级坐标变换单元，用于根据所述锁相跟踪环路反馈的相角，将一级坐标变换单元得到的αβ坐标系下的电压转换到dq坐标系下，并根据预设q轴电压参考值，求取q轴电压误差。6.如权利要求5所述的锁相环，其特征在于，所述一级坐标变换单元，具体用于当所述电网电压信号为三相电压信号时，通过Clark变换，得到αβ坐标系下的电压向量；当所述电网电压信号为单相电压信号时，令采集到的单相电压信号v等于β向的电压向量，并将采集到的v延迟90度得到α向的电压向量。7.如权利要求1、2、3、5、6任意一项所述的锁相环，其特征在于，所述控制器为比例积分PI控制器；所述控制参数包括：比例系数和/或积分系数。8.一种权利要求1至7任意一项所述锁相环的测试方法，其特征在于，包括：对用于测试的电网电压信号施加扰动，并将其输出到基础锁相环；所述基础锁相环为模糊自适应模块功能关闭下的所述锁相环；根据施加扰动后的电网电压的相位信号和基础锁相环输出的跟踪相位信号，确定基础锁相环的性能指标；检测基础锁相环的性能指标是否满足设定的设计要求，当满足时，将施加扰动的电网电压信号输出到模糊自适应锁相环；所述模糊自适应锁相环为模糊自适应模块功能开启下的所述锁相环；根据施加扰动后的电网电压的相位信号、模糊自适应锁相环输出的跟踪相位信号、模糊自适应锁相环中模糊自适应控制模块的输入量以及锁相跟踪环路中控制器的控制参数，确定模糊自适应锁相环的性能指标；将基础锁相环和模糊自适应锁相环的性能指标进行比较，当模...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志威，陈景熙，魏学海，陈双全，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44