一种适用于电网电压不对称情况下的锁相环制造技术

本申请公开一种快速检测电网电压相位和频率的锁相环，特别是用于电网电压不对称情况下。它由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器和正负序解耦环节共同构成。由于正负序解耦环节抵消了不对称电网电压在正序dq变换时负序分量对应的二倍频分量，使得正序dq旋转坐标系可以准确跟踪电网电压正序分量空间矢量，从而完成对电网电压正序分量相位和频率的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于电网电压不对称情况下的锁相环
本专利技术涉及锁相环以及相关方法，尤其是能在电网电压不对称情况下快速而准确地检测电网电压相位和频率的锁相环。
技术介绍
在可控的交直流变换器、静态无功补偿器、有源电力滤波器、不间断电源及高压直流输电的变换器等系统中，实时相位信息是实现功率器件通断控制、有功功率和无功功率计算以及各种参考坐标之间变换的基准。锁相环常被用来检测电网的实时相位信息。图1示出了传统三相锁相环的结构。传统三相锁相环利用坐标变换技术，先将电网电压转换为电网电压空间矢量，然后以虚拟旋转dq坐标系的旋转角速度为控制量，以电网电压空间矢量在dq旋转坐标系d轴或q轴上的投影等于0为控制目标，来实现dq旋转坐标系d轴或q轴对电网电压空间矢量的跟踪，并获得当前电网电压的相位。传统锁相环在电网电压对称的条件下锁相效果很好，然而在电网电压不对称情况下，将电网电压变换到dq旋转坐标系后，所得到的d轴和q轴分量不再是直流量，而是直流量和二倍频交流量的叠加，这将会给传统锁相环的输出引入误差，且电网电压的不对称度越高，输出的误差越大。
技术实现思路
本
技术实现思路
的目的是提供一种在电网电压对称和不对称情况下都能准确检测电网电压相位和频率的方法。本专利技术的目的是通过权利要求中叙述的内容为特征的方法实现的。权利要求中公开了本专利技术的优选实施方式。可以通过以下方法在电网电压不对称时快速检测电网电压正序分量的相位：不对称电网电压的空间矢量可以看做是正序电压空间矢量和负序电压空间矢量的矢量和，正序电压空间矢量在空间以电网角频率逆时针旋转，负序电压空间矢量在空间以电网角频率顺时针旋转。不对称的电网电压在正序dq变换后得到的是正序分量对应的直流量和负序分量对应的二倍频交流量的叠加，而在负序dq变换后得到的是负序分量对应的直流量和正序分量对应的二倍频交流量的叠加。利用锁相环检测的相位和电网电压在负序dq变换后得到的负序分量对应的直流量去抵消电网电压在正序dq变换后负序分量对应的二倍频交流量，然后控制q轴直流分量为0可以使正序dq旋转坐标系跟踪正序电压空间矢量，从而使锁相环能够准确检测不对称电网电压正序分量的相位。由于对称的电网电压中只含有正序分量，因此其在正序dq变换之后只有直流分量，在负序dq变换之后得到的是二倍频交流量，直流分量为零，从而正负序解耦环节的输出为零，因此本专利技术所述锁相环也能够准确跟踪对称电网电压的相位，此时的跟踪过程和传统锁相环的跟踪过程相同。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的优选实施方式，下面对优选实施方式中所需的附图作简要的介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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示出了传统三相锁相环的原理图；图2示出了不对称电网电压的空间矢量图；图3示出了适用于电网电压不对称情况下的锁相环的结构图；图4示出了图3所示结构图在电网电压幅值阶跃变化时的仿真瞬态响应；图5示出了图3所示结构图在电网电压相位阶跃变化时的仿真瞬态响应；图6示出了图3所示结构图在电网电压幅值和相位同时阶跃变化时的仿真瞬态响应。图7示出了传统锁相环在电网电压幅值和相位同时阶跃变化时的仿真瞬态响应。具体实施方式由对称分量法可知，电网电压可用如下形式表示其中ua、ub、uc分别为电网电压三相瞬时值；U+、U-、U0分别为电网电压中的正序、负序、零序电压幅值；分别为正序、负序、零序电压初相位；ω为电网电压角频率。该电网电压对应的空间矢量为由上式可知，电网电压空间矢量由正序电压空间矢量U+和负序电压空间矢量U-进行矢量相加而得到，零序分量对电压空间矢量的贡献为0。其中正序电压空间矢量U+在空间以角速度ω逆时针旋转，负序电压空间矢量U-在空间以角速度ω顺时针旋转。将电网电压从三相静止坐标系变换到逆时针旋转的两相旋转坐标系的变换矩阵为将电网电压从三相静止坐标系变换到顺时针旋转的两相旋转坐标系的变换矩阵为将式(1)所示的电网电压从三相静止坐标系变换到逆时针旋转的两相旋转d+q+坐标系可得其中，ud+和uq+分别为电网电压空间矢量在d+q+坐标系d+轴和q+轴上的投影。将式(1)所示的电网电压从三相静止坐标系变换到顺时针旋转的两相旋转d-q-坐标系可得：其中，ud-和uq-分别为电网电压空间矢量在d-q-坐标系d-轴和q-轴上的投影。图2示出了d+q+坐标系d+轴追踪正序电压空间矢量的过程。控制追踪时，以d+q+坐标系的旋转角速度为控制量，正序电压空间矢量在q+轴上的投影等于0为控制目标。开始时，d+q+坐标系d+轴与αβ坐标系α轴正半轴的夹角θ＝0，U+与α轴正半轴的夹角为当时，相当于U+超前d+轴d+q+旋转坐标系加速去追赶U+，当d+轴与U+的夹角越来越小时，d+q+旋转坐标系减小旋转速度，当两者重合时，两者同步旋转，在此过程中，正序电压空间矢量在q+轴上的投影从正减小到0，这种情况相当于d+轴在“追赶”U+。当时，相当于U+滞后d+轴d+q+旋转坐标系先减速去追踪U+，当d+轴与U+的夹角越来越小时，d+q+旋转坐标系增加旋转速度，当两者重合时，两者同步旋转，在此过程中，正序电压空间矢量在q+轴上的投影从负增加到0，这种情况相当于d+轴在“等待”U+。在d+q+坐标系逆时针追踪U+的过程中，d-q-坐标系也从α轴正半轴位置出发，其以与d+q+坐标系相同的角速度顺时针旋转。当锁相环精确锁相之后，有则由上式可知，在负序dq变换之后,电网电压负序分量在d-轴和q-轴上的投影为直流量，而正序分量在d-轴和q-轴上的投影为二倍频交流量。由上式可知，在正序dq变换之后,电网电压正序分量在d+轴和q+轴上的投影为直流量，而负序分量经过变换之后在d+轴和q+轴上的投影为二倍频交流量。由式(8)可知uq+＝0-u'd-sin(2θ)-u'q-cos(2θ)(9)为了在控制过程中使得正序电压空间矢量在q+轴上的投影为0，可用u'd-、u'q-和锁相环计算得到的θ组成补偿量对uq+进行补偿。ud-和uq-经低通滤波器滤除二倍频分量之后可以得到u'd-和u'q-。基于以上原理得到的锁相环的结构图如附图3所示。接下来对附图3的示例性仿真进行讨论。其中PI控制器的比例增益为100，积分时间常数为0.03s，基准角频率ω0＝314rad/s，低通滤波器的截止频率为50Hz。仿真包括以下三种情况。第一，初始状态下电网电压对称，在0.2s时，abc三相电压幅值分别跌落到80％、60％、40％，0.3s时恢复到对称状态。第二，初始状态下电网电压对称，在0.2s时，B相相位忽然增加30°，C相相位忽然增加60°，0.3s时恢复到对称状态。第三，初始状态下电网电压对称，在0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速检测电网电压相位的锁相环，特别是用于电网电压不对称情况下。所述锁相环组成模块包括：正负序dq变换模块、环路滤波器、压控振荡器、正负序解耦环节。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速检测电网电压相位的锁相环，特别是用于电网电压不对称情况下。所述锁相环组成模块包括：正负序dq变换模块、环路滤波器、压控振荡器、正负序解耦环节。


2.根据权利要求1所述的锁相环，其特征是：利用正负序解耦环节抵消不对称电网电压在正序dq变换时负序分量对应的二倍频分量，使得正序dq旋转坐标系可以准确跟踪电网电压正序分量，从而完成对电网电压相位的跟踪。


3.根据权利要求1所述的锁相环，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳海强，文俊，王彤彤，牛宇昆，王书杰，马立民，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11