【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电网，涉及一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环。
技术介绍
1、近年来，随着可再生能源规模的扩大，太阳能和风能等新能源作为主要来源的分布式发电和并网逆变器等电力电子设备广泛应用。在分布式发电并网中，关键是确保逆变器的输出电流波形和相位与电网电压同步，以保持电网的稳定运行。常用的锁相技术是基于同步旋转坐标系的软件锁相环(srf-pll)，它利用旋转坐标系转换的方法实现相位检测，具有动态响应快、实现简单等特点，在理想电网条件下能够快速准确地检测电网电压的频率和相位。然而，在实际电力系统运行中，常常会受到电网不平衡、畸变、电压下降、噪声、频率偏差等各种故障的干扰，从而降低并网电能质量。传统的基于同步坐标系的软件锁相环无法应对这些问题，会产生基波频率的倍数幅度的振荡干扰，导致相位检测误差。
2、为了克服srf-pll存在的不足，现有的并网逆变器采用了双二阶广义积分器锁相环(dsogi-pll)。dsogi-pll通过对称分量法将正负序电压分离，在电网电压不平衡时，利用交叉解耦网络分离正负序电压分量，提出了解耦双同步旋转坐标系锁相环(ddsrf-pll)。然而，当电网电压发生较大程度的畸变时，这两种锁相环的滤波能力受限，在电网电压含有较多谐波时，仍然无法准确锁定相位，并且结构复杂，计算量大。
3、为此，非常有必要从现有的srf-pll模型出发，对其进行深入的研究与建模，得到一种能够在电网电压含有大量谐波时可以快速、准确地获取电网电压相关信息的数字锁相环。为此本专利技术提出一种具有改进滑动平均
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环。针对电网电压中含有较高的谐波分量时，传统二阶广义积分器锁相环系统对谐波分量的衰减不足而导致其检测到的电网同步信号存在较大波动，甚至导致系统锁相失败的问题，本专利技术提出了一种新型的锁相环结构，该锁相环结构可以对各次谐波分量进行衰减，对并网电能的质量有了很大的提高。
2、为了达到更好的锁相效果，本专利技术设计了一种新的具有改进滑动平均滤波器结构的电网电压同步软件锁相环，该新型软件锁相环包括了改进滑动平均滤波器，鉴相器模块，环路滤波器模块以及压控振荡器模块。鉴相器由clarke变换模块和park变换模块组成，把经过改进滑动平均滤波器滤波后的三相电网电压信号转换成同步旋转参照系中的直流分量。环路滤波器的作用主要是滤除鉴相器输出信号中无效的交流信号，通过环路滤波器的输出信号变为一包含有频率信息的直流量。环路滤波器由传统比例积分调节回路构成；然后，利用压控振荡器对估计的角频率信号进行积分，得到估计的相角信号。最后，将所得到的相角信号作为旋转变换角送入park变换中。
3、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
4、一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，包括改进滑动平均滤波器、clarke变换模块、park变换模块、pi控制器模块和积分环节模块；
5、所述改进滑动平均滤波器的输入端输入三相电网电压信号，对三相含有谐波的电网电压进行滤波，滤除三相电网电压中除基波以外的谐波分量，将消除谐波分量的三相电网电压输出到clarke变换模块和park模块中；
6、所述clarke变换模块和park模块的输入端接入经过滤波后的三相电网电压，将三相电网电压转变为同步旋转坐标系下的正交的两相电网信号vd和vq，并将vq输入到锁相环中；
7、所述pi控制器模块和1/s积分模块的输入端接信号vq，该信号经过pi控制器模块和1/s积分模块的运算，输出准确的电网电压信号的频率和相位角度。
8、可选的，所述改进滑动平均滤波器的传递函数gimaf(s)为:
9、gimaf(s)＝g1gmaf
10、其中：
11、
12、
13、其中，g1(s)为谐振器的传递函数，gmaf(s)为滑动平均滤波器的传递函数，a为阻尼系数，ωn为谐振角频率，ta为滑动平均滤波器的滑动窗口。
14、可选的，所述改进滑动平均滤波器锁相环的传递函数为：
15、
16、其中，kp-pll为pi控制器的比例系数，ki-pll为pi控制器的积分系数。
17、可选的，所述clarke变换模块中，将滤除谐波后的三相电压经过clarke变换和park变换，clarke变换公式为：
18、
19、经过park变换环节进行处理，park变换的表达式为：
20、
21、park变换环节的输出端的q轴分量vq输入到锁相环，锁相环输出的频率作为电网电压频率估计值ω0；锁相环输出的相位θ0作为电网电压相位估计值，输入到park变换环节。
22、本专利技术的有益效果在于：提高了锁相环对电网电压中谐波的滤除能力和锁相环在非理想电网电压工况条件下的锁相精度。对比其他锁相环滤波方法，该专利技术更好的抗谐波干扰能力，能够更加精准地锁相。
23、本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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1.一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，其特征在于：包括改进滑动平均滤波器、Clarke变换模块、Park变换模块、PI控制器模块和积分环节模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，其特征在于：所述改进滑动平均滤波器的传递函数GIMAF(s)为:
3.根据权利要求1所述的一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，其特征在于：所述改进滑动平均滤波器锁相环的传递函数为：
4.根据权利要求1所述的一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，其特征在于：所述Clarke变换模块中，将滤除谐波后的三相电压经过Clarke变换和Park变换，Clarke变换公式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，其特征在于：包括改进滑动平均滤波器、clarke变换模块、park变换模块、pi控制器模块和积分环节模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于滑动平均滤波器结构的电网同步软件锁相环，其特征在于：所述改进滑动平均滤波器的传递函数gimaf(s)为:
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：解宝，郑伟珂，苏建徽，施永，李萍宇，韩明正，胡清清，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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