一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法技术

本发明专利技术公开了用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法，包括以下步骤：进行三相锁相环系统建立以及电网并入；进行三相电压信号的滤波；进行正负序信号解耦；相位提取；仿真验证。本发明专利技术包括无延迟自适应滤波器，基于同步坐标系的解耦，相位提取，三相不平衡条件下，相较于传统滤波器+传统锁相环的相位提取策略，本发明专利技术可以不受限于传统滤波器带宽的限制，且不会引起像传统滤波器一样带来的相位滞后，同时对因三相不平衡所产生的正负序电压信号进行分离，撇除三相不平衡所带来的影响，达到在三相不平衡下依然能够快速且精准锁相的目的。不平衡下依然能够快速且精准锁相的目的。不平衡下依然能够快速且精准锁相的目的。

A realization method of phase locked loop for three-phase unbalanced voltage

【技术实现步骤摘要】
一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，涉及一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法。

技术介绍

[0002]三相锁相环因其响应速度快、易于软件实现、具有较强的稳定性和实时性等优点而被广泛采用在三相电系统相位提取中。传统锁相环通过将三相电压信号进行两次坐标变换后进行锁相，虽然锁相速度快且实时性高，但在系统所接配电网发生三相不平衡时却会有锁相速度变慢的情况，甚至在信号发生畸变时出现锁相误差的情况，同时在所接配电网电压信号产生谐波时会出现无法锁相的现象。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术在三相不平衡条件下依然能够精准锁相，以解决上述问题。
[0004]技术方案为用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法，包括以下步骤：
[0005]S1、进行三相锁相环系统建立以及电网并入，通过对电网三相电压信号的采样进行处理后提取出相位；
[0006]S2、进行三相电压信号的滤波，利用无延迟自适应滤波器来对输入进来的电压信号进行CLARK坐标变换后滤波，得到无谐波的信号。
[0007]S3、进行正负序信号解耦，采用双同步坐标系解耦法将正负序信号提取并进行PARK变换；
[0008]S4、相位提取，通过对PARK变换后的信号进行一系列计算后得到实时相位；
[0009]S5、仿真验证，利用Matlab或Simulink对锁相环进行仿真分析。
[0010]优选地，所述S1中电压三相不平衡下，电压信号可进行分解：设V
abc
为电压信号，V
abc+
为正序电压信号，V
abc
‑
为负序电压信号,
[0011]V
abc
＝V
abc+
+V
abc
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0012][0013]其中，V
abc+
与V
abc
‑
可写作：
[0014][0015][0016]其中，ω为角速度，θ
+n
为正序电压初始相位，θ
‑
n
为负序电压初始相位，V
+n
、V
‑
n
为正负序电压的电压有效值，n为正整数，当n值仅为1时，V
abc+
代表信号的基波，当n>1则代表谐波。
[0017]优选地，所述S2中CLARK变换为：
[0018][0019]其中，Vα、Vβ为变换后的值，T32为CLARK坐标变换矩阵，其值为：
[0020]优选地，所述S2中的无延迟自适应滤波器的原理为：
[0021]e
α
＝V
α
‑
V
α*
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0022][0023][0024]V
α*
＝Vα1+Vα2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0025]其中，V
α
为滤波器的输入，V
α*
为滤波器的滤波输出，K为用户自定义的步长常数，e为滤波器的输出与输入之差，Vα1，Vα2为运算过程中的过渡性变量；同样的可得V
β*
，
[0026]将V
α*
与V
β*
进行消除相位滞后处理：
[0027][0028][0029]所得V
α*
与V
β*
即为所述S2处理后的信号。
[0030]优选地，所述S3中，PARK变换为：
[0031][0032]其中，Ud、Uq为变换后的信号，Tdq为PRAK变换矩阵，所述矩阵为：
[0033][0034]优选地，所述S3中，解耦方式采用基于双同步坐标系下的锁相环解耦方法，其原理为：
[0035]设正序分量旋转速度为nωt负序分量旋转速度为mωt，其中ω为基波的角频率，分量的坐标系分别用dq+和dq
‑
来表示，锁相环输出角度为θ，将此时的电压的信号命名为Uα
β则可得：
[0036][0037]设其进行PARK变换后为U
dq
，将其分解为正序与负序分量，记作与则：
[0038][0038][0039][0040]将公式(14)与(15)进行整合并计算则：
[0041][0042][0043]式(16)(17)中，是提取出的正序分量经过解耦后的值，是负序分量经过解耦后的值，，和分别为解耦出的负序有功分量与负序无功分量，同理，和分别为解耦出的正序有功分量与正序无功分量，的值即为解耦出来的最终输出。
[0044]优选地，所述S4中，相位提取的最终值为：
[0045][0046]其中，a为信号的提取相位，wt为信号的实际实时相位；当锁相成功后，所述值为0。
[0047]优选地，所述S5仿真验证的仿真参数设计为：电源电压380v/50hz，0.1s时单相电压跌落；电源电压380v/50hz，0.1s时单相频率跌落；电源电压380v/50hz，0.1s时电源产生3次谐波。
[0048]本专利技术具有以下有益效果：将输入进来的电压信号进行CLARK坐标变换后滤波，再进行正负序解耦，通过此方式来将谐波与三相不平衡中的负序电压去除，达到精准、快速锁相环的目的。
[0049]一般锁相环在输入或输出通过低通滤波器进行滤波，本专利技术是通过将三相电输入进行坐标变换后再进行滤波处理，几乎可以完全滤除谐波，不受带宽限制。自研的无延迟自
适应滤波器，是在自适应滤波器的基础上改进而来，通过将两路信号进行耦合计算使每一路信号超前90度，这样可以抵消掉滤波器所带来的相位滞后90度的影响，然后本专利技术采用的基于双同步坐标变换法来将滤波后的波形进行正负序解耦。
[0050]具体来讲，本专利技术继承了常规锁相环算法实时性好，锁相速度快的优点，且相较于常规锁相环技术，本专利技术还至少具有如下优势：
[0051]1、将三相不平衡下的电压进行正负序分离，能在三相不平衡的条件下依然能够精准锁相。
[0052]2、设计了无延迟自适应滤波器，通过在锁相过程中的αβ坐标中进行滤波操作，得以完全滤除谐波且无延迟，相较于一般的滤波器滤波速度更快，实时性更好，保障了锁相环在谐波条件下依然能够快速且精准的锁相。
附图说明
[0053]图1为本专利技术实施例的用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法的步骤流程图；
[0054]图2为本专利技术实施例的用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法的结构框图；
[0055]图3为本专利技术实施例的用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法的无延迟自适应滤波器原理图；
[0056]图4为本专利技术实施例的用于电压三相不平衡下的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、进行三相锁相环系统建立以及电网并入，通过对电网三相电压信号的采样进行处理后提取出相位；S2、进行三相电压信号的滤波，利用无延迟自适应滤波器来对输入进来的电压信号进行CLARK坐标变换后滤波，得到无谐波的信号。S3、进行正负序信号解耦，采用双同步坐标系解耦法将正负序信号提取并进行PARK变换；S4、相位提取，通过对PARK变换后的信号进行一系列计算后得到实时相位；S5、仿真验证，利用Matlab或Simulink对锁相环进行仿真分析。2.根据权利要求1所述的一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法，其特征在于，所述S1中电压三相不平衡下，电压信号可进行分解：设V
abc
为电压信号，V
abc+
为正序电压信号，V
abc
‑
为负序电压信号,V
abc
＝V
abc+
+V
abc
‑
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，V
abc+
与V
abc
‑
可写作：可写作：其中，ω为角速度，θ
+n
为正序电压初始相位，θ
‑
n
为负序电压初始相位，V
+n
、V
‑
n
为正负序电压的电压有效值，n为正整数，当n值仅为1时，V
abc+
代表信号的基波，当n>1则代表谐波。3.根据权利要求2所述的一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法，其特征在于，所述S2中CLARK变换为：其中，Vα、Vβ为变换后的值，T32为CLARK坐标变换矩阵，其值为：4.根据权利要求3所述的一种用于电压三相不平衡下的锁相环实现方法，其特征在于，所述S2中的无延迟自适应滤波器的原理为：
e
α
＝V
α
‑
V
α*
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑梁，芮家政，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：