源端解耦合归一化锁频环建模方法技术

本发明专利技术公开了一种源端解耦合归一化锁频环建模方法，涉及信号处理技术领域。所述方法包括如下步骤：平均归一化估算角频率，得到基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率；通过基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率，得到归一化锁频环跟踪时间常数τ的数学模型；通过将锁频环跟踪时间常数τ与源端运行状态解耦合，得到源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型；通过源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型得到源端解耦合归一化锁频环数学模型。所述方法通过加入归一化系数σall，使FLL的响应时间常数τ与被测源端参数的相关性解耦，从而提高FLL的快速性和抗干扰性。

Modeling Method of Source-end Decoupling Normalized Frequency Locked Loop

【技术实现步骤摘要】
源端解耦合归一化锁频环建模方法
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种源端解耦合归一化锁频环建模方法。
技术介绍
锁频环的估算频率决定基于内模原理的自适应滤波器的中心频率ω0是否能够准确、快速跟踪上实际角频率ω，从而直接影响自适应滤波器的滤波效果和精度。而被测源端参数(如，系统的电压幅值、频率)的动态变化都会影响锁频环的跟踪性能。独立电力系统或独立电网的运行过程中，系统电压除了会产生畸变外，还会产生由负载有功波动导致的频率波动或偏移。因此，使锁频环的响应速度与被测源端参数解耦合，将有效提高锁频环抗源端系统波动的鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种能够使锁频环的响应时间常数与被测源端参数的相关性解耦，从而提高锁频环的快速性和抗干扰性的方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种源端解耦合归一化锁频环建模方法，其特征在于包括如下步骤：平均归一化估算角频率，得到基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率；通过基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率，得到归一化锁频环跟踪时间常数τ的数学模型；通过将锁频环跟踪时间常数τ与源端运行状态解耦合，得到源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型；通过源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型得到源端解耦合归一化锁频环数学模型。进一步的技术方案在于，所述得到基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率的方法如下：自适应滤波器IMAF中，锁频环的估算角频率的表达式为：其中为对估算角频率求一阶导数，Γ为控制系数(Γ>0)，εu(t)为输入误差，u2(t)为滤波器输出信号，则得到α、β、γ轴上的自适应滤波器锁频环估算角频率分别为：对αβγ轴上计算所得估算频率取平均值，并取归一化，得到基于内模原理的自适应滤波的平均估算角频率：式中，σ为锁频环的归一化系数。进一步的技术方案在于，计算归一化锁频环跟踪时间常数τ的方法如下：将αβγ轴电压表示为正序分量、负序分量和零序分量之和：其中，V+、V-、V0分别为电压正、负、零序分量的幅值，为负序分量的相位，为零序分量相位；ω为实际角频率；已知自适应滤波器IMAF的传递函数如下：其中u为输入信号，u1、u2为输出信号，且u1正交于u2，为估算角频率，ξ1、ξ2为误差控制参数；令估算角频率与实际角频率的关系为得其中，下标x＝α、β、γ，代表αβγ三轴；如果频率变化很小，即，m≈1，则有Gdx≈Gqx＝G，可得将上式代入式(3)，得在处对上式线性化，令avgT0[f(x)]为对函数f(x)在周期T0内取平均值，得其角频率导数的平均值为：将式(6)代入，取m≈1，得到统一归一化锁频环数学模型：从公式(10)中即可得到锁频环中估算角频率对实际角频率ω的跟踪时间常数τ的表达式为：进一步的技术方案在于，获得源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型的方法如下：已知锁频环FLL的响应速度由跟踪时间常数τ决定，公式(11)表明，时间常数τ，除了与参数ξ1、ξ2、Γ有关，同时还与源端运行状态(被测源端频率以及被测源端电压正负零序幅值V+、V-、V0)相关；常用归一化系数σ一般取常数，为了使锁频环FLL的响应速度与源端运行状态解耦，即，将τ与V+、V-、V0解耦，根据式(11)，将锁频环归一系数σ设定为动态参数，将相关源端状态参数V+、V-、V0馈入归一化过程，得到源端解耦合的动态归一化系数σall的表达式为：其中，被测源端频率可采用前馈，电压幅值V+、V-、V0可通过正负零序的分离计算模块获取；将式(12)代入式(10)，由此得到源端解耦合的归一化锁频环数学模型表达式为：采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过所述方法建立的模型的源载解耦归一化系数σall同时引入了被测源端两个动态参数，使锁频环的频率跟踪性能与源端频率和电压幅值波动解耦，从而提高PLL(锁相环)的快速性和鲁棒性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例中基于内模原理的滤波器结构图；图2是本专利技术实施例中加入频率跟踪模块的内模原理滤波器结构；图3是本专利技术实施例中基于内模原理的自适应滤波器结构图；图4是本专利技术实施例中SOGI的结构图；图5是本专利技术实施例中IMAF与SOGI的Gd(s)幅相频特性比较图；图6是本专利技术实施例中IMAF与SOGI的Gq(s)幅相频特性比较图；图7是本专利技术实施例中E(s)的幅相频特性图；图8是基于SRF-PLL的三相四线IMAF-PLL结构图；图9是正负零序分离计算PNZSC结构图；图10是本专利技术实施例所述方法的流程图。具体实施方式下面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，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，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。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。内模原理是把外部作用信号的动力学模型植入控制器来构成高精度反馈控制系统的一种设计原理。原理的核心在于：要求一个反馈控制系统能够良好抵消外部扰动，或跟踪参考输入信号，其反馈回路必须包含一个与外部输入信号相同的动力学模型，这个内部模型即称为“内模”。基于内模原理的滤波器设计：已知输入信号u为交流信号，其特征数学算子为cos或sin，又要求输出信号uα、uβ相互正交，即uα⊥uβ。可知，输入信号u表达式为cos(ωt)或sin(ωt)，其Laplace(拉普拉斯)变换(传递函数)为：上式即为目标传递函数G0(s)。根据内模原理，只要设计出的控制系统传递函数G(s)与G0(s)很接近，则可抑制各种干扰对系统的影响，实现控制系统的无误差跟踪。由于G0(s)难以实现，但可选用与其相近的控制结构，因此设计的滤波器结构如图1所示。其中，u(t)为输入信号，u1(t)、u2(t)为输出信号，ω为系统角频率(后文将对其进行自适应处理)，为微分算子，ξ1、ξ2为误差控制参数。该结构滤波器的传递函数为：对比G(s)与G0(s)，除了分母含有单次分项ξ2ωs外，其余部分都相似，同时，由于分子项与分母单次分项分别由不同的参数ξ1、ξ2控制，则可通过单独减小参数ξ2，来使G(s)接近G0(s)。根据公式(2)得到该滤波器模型的数学表达式为：系统角频率的自适应：由模型传递函数，即式(2)的bode图可以看出，该滤波器的中心频率为ω，理论上ω应该为实际系统频率，但实际系统频率并不能真实获取，常规滤波器将该值选取为一个常数，即ω0＝2π×50Hz＝100πrad/s，但这样选取的问题在于，当系统频率发生偏移或波动时，即实际系统频率ω偏离ω0时，将导致滤波效果严重下降。因此，所述方法设计一个频率跟踪模块，用来实时计算或追踪实际系统频率，该模块实时计算的角频率用来表示，则得到基于内模原理的自适应滤波器结构如图2所示，实时估算角频率使滤波器中心频率具有自适应能力，能自动跟随系统的波动频率，从而使滤波器在限制带宽的同时仍具有良好的响应速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种源端解耦合归一化锁频环建模方法，其特征在于包括如下步骤：平均归一化估算角频率，得到基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率；通过基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率，得到归一化锁频环跟踪时间常数τ的数学模型；通过将锁频环跟踪时间常数τ与源端运行状态解耦合，得到源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型；通过源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型得到源端解耦合归一化锁频环数学模型。

【技术特征摘要】
1.一种源端解耦合归一化锁频环建模方法，其特征在于包括如下步骤：平均归一化估算角频率，得到基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率；通过基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率，得到归一化锁频环跟踪时间常数τ的数学模型；通过将锁频环跟踪时间常数τ与源端运行状态解耦合，得到源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型；通过源端解耦合的动态归一化系数σall数学模型得到源端解耦合归一化锁频环数学模型。2.如权利要求1所述的源端解耦合归一化锁频环建模方法，其特征在于所述得到基于内模原理的自适应滤波器的平均估算角频率的方法如下：自适应滤波器IMAF中，锁频环的估算角频率的表达式为：其中为对估算角频率求一阶导数，Γ为控制系数(Γ>0)，εu(t)为输入误差，u2(t)为滤波器输出信号，则得到α、β、γ轴上的自适应滤波器锁频环估算角频率分别为：对αβγ轴上计算所得估算频率取平均值，并取归一化，得到基于内模原理的自适应滤波的平均估算角频率：式中，σ为锁频环的归一化系数。3.如权利要求2所述的源端解耦合归一化锁频环建模方法，其特征在于，计算归一化锁频环跟踪时间常数τ的方法如下：将αβγ轴电压表示为正序分量、负序分量和零序分量之和：其中，V+、V-、V0分...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘正春，王勇，刘金宁，尹志勇，解璞，王文婷，郭鑫，黄欣鑫，
申请(专利权)人：河北交通职业技术学院，中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北,13