本发明专利技术提出一种APF控制系统的三相电网电压锁相环，包括两个交叉耦合锁相环控制器，每个锁相环控制器包括q轴分量换算模块和PI算法模块，通过q轴分量换算模块计算q轴分量电压Vq相对于d轴分量电压Vd的模的比值K；再将比值K发送至PI算法模块。通过对现有技术中的三相电网电压锁相环的改进，本发明专利技术具有的优势载有：能够快速、准确地锁定相位，节约计算资源，具有良好的性能。良好的性能。
【技术实现步骤摘要】
一种APF控制系统的三相电网电压锁相环
[0001]本专利技术涉及电力电子控制
，具体涉及一种APF控制系统的三相电网电压锁相环。
技术介绍
[0002]在有源电力滤波器(APF)等需要并网的电力电子装置控制中，获得电网电压的相位是系统控制的前提，一般采用锁相环(PLL)来获取电网电压的相位。锁相环一般由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)、压控振荡器(VCO)组成。锁相环是一个相位反馈系统。鉴相器把周期性的输入信号与VCO反馈来的相位信号进行比较，得到一个相位误差；误差经环路滤波器进行滤波，环路滤波器的输出被用作控制信号送入VCO，用来消除输入、输出信号的相位差。并网逆变器在工程应用中经常因面临以下问题，而带对逆变器性能具有以下要求：
[0003](1)电网电压经常发生跌落、闪变等动态电能质量问题，所以要求逆变器能够对电网电压相位的变换在ms级的时间内做出快速的响应，即要求逆变器的锁相方法要有良好的动态性能，保证当电压跌落和骤升时不对锁相性能造成太大影响。
[0004](2)三相电压不平衡时，要求电力电子装置的锁相方法能够捕获正序基波分量的相位，对三相不平衡情况有很强的抑制作用。
[0005](3)锁相环应该能快速检测到电网电压发生相位、频率突变等问题。
[0006](4)要求锁相方法对畸变电压要有很强的抑制作用。
技术实现思路
[0007]针对本领域存在的技术问题，本专利技术公开了一种APF控制系统的三相电网电压锁相环，所述三相电网电压锁相环由两个锁相环控制器组成；每个所述锁相环控制器包括：q轴分量换算模块和比例积分算法模块；
[0008]其中，所述q轴分量换算模块配置为：
[0009]获取d轴分量电压Vd和q轴分量电压Vq；
[0010]计算所述q轴分量电压Vq相对于所述d轴分量电压Vd的模的比值K；
[0011]将所述比值K发送至所述比例积分算法模块；
[0012]所述锁相环控制器采用包括第一Park模块、低通滤波器、第二Park模块、压控振荡器，对Clark变换后的Vα和Vβ进行前馈解耦计算，输出基波正序分量和基波负序分量的幅值、相位角θ和角频率ω；
[0013]所述前馈解耦计算包括以下步骤：
[0014]所述Vα和Vβ经过所述第一Park模块的Park变换得到d轴分量电压Vd和q轴分量电压Vq；
[0015]所述Vd和Vq分别通过所述低通滤波器滤除高频谐波，得到V
′
d和V
′
q，并一同发送至所述第二Park模块；
[0016]所述q轴分量电压Vq和所述比值K一同发送至所述比例积分算法模块，
[0017]所述比例积分算法模块计算角频率ω并输出给所述压控振荡器；
[0018]所述角频率ω经过所述压控振荡器的积分处理得到相位角θ；
[0019]将所述相位角θ作为反馈信号发送至所述第一Park模块；
[0020]将所述相位角θ作为参数发送至所述第二Park模块；
[0021]所述第二Park模块将所述V
′
d和V
′
q进行Park逆变换，得到α轴和β轴的基波正序分量幅值或α轴和β轴的基波负序分量幅值。
[0022]相对现有技术，本专利技术的优势在于：当电压发生频率、相位突变时，能够快速、准确地重新锁定相位；能够快速滤除三相电压中的低次谐波，尤其是不平衡电网电压经过dq变换后产生的二次谐波；当遇到两相跌落故障时，本专利技术可以在较短时间内快速检测到电网电压正序和负序分量的幅值、相位角和角频率；在并网工程中具有良好的可靠性。
附图说明
[0023]图1、一些三相电网电压锁相环的原理图；
[0024]图2、一些实施方式的三相电网电压锁相环的原理图；其中输入的信号分别为Vα和Vβ，输出的信号分别基波正序分量Vαp、Vβp，和基波负序分量Vαn、Vβn
[0025]图3、一些实施方式的三相电网电压锁相环的原理图；其中输入的信号分别为Vα和Vβ，输出的信号分别基波正序分量Vαp、Vβp，和基波负序分量Vαn、Vβn
[0026]图4、一些实施方式的三相电网电压锁相环的原理图；其中输入的信号分别为Vα和Vβ，输出的信号分别基波正序分量Vαp、Vβp，和基波负序分量Vαn、Vβn
[0027]图5、一些基于Sallen Key拓扑结构的巴特沃斯滤波器原理图；其中，Ra和Rb表示滤波器中的电阻，Ca和Cb表示滤波电容器；
[0028]图6、一些实施方式的开环频率特征图(幅度)，Hz为频率单位，bd为幅度单位；
[0029]图7、一些实施方式的开环频率特征图(相位)，Hz为频率单位，deg为相位单位；
[0030]图8、一些电网工作状态下的电网电压矢量图，Vg为电网电压，Vs、Vr、Vt为电网电压的ABC三相分量，Vd和Vq为电网电压的d、q轴分量，θ为相位角；
[0031]图9、一些实施方式的APF控制系统结构示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图解释本专利技术。
[0033]一些相关技术中的三相电网电压锁相环，包括两个锁相环控制器；每个锁相环控制器的原理如图1中所示，包括q轴分量换算模块和PI算法模块；其中，q轴分量换算模块配置为：
[0034]获取d轴分量电压Vd和q轴分量电压Vq；
[0035]计算q轴分量电压Vq相对于d轴分量电压Vd的模的比值K；
[0036]将比值K发送至PI算法模块。
[0037]需要说明的是，在PI算法模块中进行的计算如下式：
[0038][0039]其中，Kp表示比例增益，Ki表示积分增益。
[0040]一些实施方式的三相电网电压锁相环如图2所示，包括两个锁相环控制器，第一锁相环控制器与第二锁相环控制器交叉耦合：
[0041]其中，第一锁相环控制器被配置为：
[0042]第一park模块通过正序park变换算法处理电网电压信号Vα和Vβ，得到d轴分量电压正序分量Vdp和q轴分量电压正序分量Vqp；低通滤波器将Vdp滤波得到V
’
dp，将Vqp滤波得到V
’
qp；第二park模块通过正序park反变换算法处理V
’
dp和V
’
qp得到α轴电压信号正序分量Vαp和β轴电压信号正序分量Vβp；
[0043]第二锁相环控制器被配置为：
[0044]第一park模块通过负序park变换算法处理电网电压信号Vα和Vβ，得到d轴分量电压负序分量Vdn和q轴分量电压负序分量Vqn；低通滤波器将Vdn滤波得到V
’
dn，将Vqn滤波得到V
’
qn；第二park模块通过负序park反变换算法处理V
’
dn和V
’
qn得到α轴电压信号负序分量Vαn和β轴电压信号负序分量Vβn。
[0045本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种APF控制系统的三相电网电压锁相环，其特征在于，所述三相电网电压锁相环由两个锁相环控制器组成；每个所述锁相环控制器包括：q轴分量换算模块和比例积分算法模块；其中，所述q轴分量换算模块配置为：获取d轴分量电压V
d
和q轴分量电压V
q
；计算所述q轴分量电压V
q
相对于所述d轴分量电压V
d
的模的比值K；将所述比值K发送至所述比例积分算法模块；所述锁相环控制器采用包括第一Park模块、低通滤波器、第二Park模块、压控振荡器，对Clark变换后的V
α
和V
β
进行前馈解耦计算，输出基波正序分量和基波负序分量的幅值、相位角θ和角频率ω；所述前馈解耦计算包括以下步骤：所述V
α
和V
β
经过所述第一Park模块的Park变换得到d轴分量电压V
d
和q轴分量电压V
q
；所述V
d
和V
q
分别通过所述低通滤波器滤除高频谐波，得到V
′
d
和V
′
q
，并一同发送至所述第二Park模块；所述q轴分量电压V
q
和所述比值K一同发送至所述比例积分算法模块，所述比例积分算法模块计算角频率ω并输出给所述压控振荡器；所述角频率ω经过所述压控振荡器的积分处理得到相位角θ；将所述相位角θ作为反馈信号发送至所述第一Park模块；将所述相位角θ作为参数发送至所述第二Park模块；所述第二Park模块将所述V
′
d
和V
′
q
进行Park逆变换，得到α轴和β轴的基波正序分量幅值或α轴和β轴的基波负序分量幅值。2.如权利要求1所述的三相电网电压锁相环，其特征在于，所述两个锁相环控制器中的：第一锁相环控制器被用于输出α轴基波正序分量V
αp
和β轴V
βp
的幅值、相位角θ和角频率ω；第二锁相环控制器被用于输出α轴基波负序分量V
αn
...
【专利技术属性】
技术研发人员：张继征，仇鹤，陈子栋，
申请(专利权)人：帝森克罗德集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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