一种用于三相交流电网的锁相系统及其方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于三相交流电网的锁相系统及方法，包括：接收交流电网的三相电压并将其转换为两相电压信号，每相电压信号包括正序分量和负序分量；将每相电压信号减去负序分量，再经αβ/dq坐标变换和低通滤波得到纯净的正序分量，并对其进行锁相；以及将每相电压信号减去以负序分量为主的干扰量，再减去正序分量来获取误差信号，将误差信号经αβ/dq坐标变换和调节器调节，得到以负序分量为主的信号。采用本发明专利技术，可精确地得到电网电压的正序分量和负序分量。另外，负序分量的分离过程采用闭环补偿方式，且该分离过程与正序分量的锁相相互加强，可使整个锁相过程快速收敛，进而能迅速得到纯净的正序分量，提高了锁相精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锁相技术，尤其涉及一种三相交流电网的锁相系统及其锁相方法。
技术介绍
当前，随着科技的发展和人们物质生活的极大丰富，伴随而来的能源和环境问题也日趋严重。因而，可再生能源的开发利用已成为解决上述问题的热门研发方向，例如，风力发电以其清洁和环保等特性而当之无愧地作为多类可再生能源其中之一。现有的风电系统主要采用双馈感应发电机(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)，它以背靠背式双脉宽调制电压源型逆变器作为主控制系统，该逆变器包括一网侧变换器和一转子侧变换器(或称为机侧变换器)。在正常运行条件下，电网中只存在基波正序电压，采用常规的电压过零检测或锁相环(PLL，Phase Locked Loop)技术即可方便地得到电压同步信号作为控制基准。然而，在实际电网中，风电系统里的并网逆变器、有源滤波器、无功补偿装置等集中应用，往往导致负载不平衡或单相、两相对地短路等不对称故障，从而引起电网电压不对称。具体来说，针对DFIG风电系统,一方面，由于电网电压不对称时,定子电压和定子电流除了正序分量外还包括负序分量，而传统的比例积分电流调节器无法实现对正序分量以及负序分量的同时控制，因而，很小的定子电压不平衡都将会引起很大的定子电流不平衡和电磁转矩、有功功率波动，进而导致DFIG运行性能恶化。另一方面，在对DFIG的各种变流器进行控制时，经常需要用到电压交流量的相位和幅值，因而锁相技术是关键环节之一。当三相电网因发生故障而导致电网不平衡时，电网电压包括正序分量和负序分量，为了准确地得到电网电压的相位信息，就必须将其负序分量分离出来，得到纯粹的正序分量进而基于该正序分量进行锁相，但是现有的锁相电路设计无法完全分离上述负序分量，而且对于电网不平衡时的电网电压中所包含的干扰量并没有采取必要的分离措施。有鉴于此，如何设计一种用于三相交流电网的锁相系统，通过该锁相系统主动分离出电压信号中的干扰量，进而得到干净的基波正序分量并用于精确锁相，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
技术实现思路
针对现有技术中三相交流电网的锁相系统存在的上述缺陷，本专利技术提供了。依据本专利技术的一个方面，提供了一种用于三相交流电网的锁相系统，其中，该锁相系统包括一输入模块、一第一分离模块和一第二分离模块。该输入模块用于接收三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压VgHda和Vfide，每路电压包括正序分量和负序分量。该第一分离模块用于将一第一待分离量经由α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换来得到d轴上的正序分量dp()S以及q轴上的正序分量qp()S，然后将d轴上的正序分量dpos通过d_q坐标系到α-β坐标系的坐标变换来输出与每路电压相对应的正序分量Vaptjs和V0p()S。该第二分离模块用于将一第二待分离量经由α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换以及d_q坐标系到α-β坐标系的坐标变换来输出与每路电压相对应的负序分量Vaneig和V0ne;g。其中，第一分离模块和第二分离模块耦合成一闭环反馈，该第二分离模块采用闭环补偿得到负序分量，并消除所述第一分离模块中的误差，使所述第一分离模块分离出正序分量以便进行锁相。优选地，该锁相系统还包括一第一叠加模块和一第二叠加模块。该第一叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至输入模块，第二输入端电性连接至第二分离模块的输出端，以及该第一叠加模块的输出端电性连接至第一分离模块的输入端，该第一叠加模块用于接收每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第一叠加信号作为上述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端。该第二叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至第一分离模块的输入端，第二输入端电性连接至第一分离模块的输出端，以及该第二叠加模块的输出端电性连接至第二分离模块的输入端，该第二叠加模块用于接收上述第一叠加信号以及正序分量，并将叠加后的信号作为上述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。优选地，该锁相系统还包括一第三叠加模块和一第四叠加模块。该第三叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至输入模块，第二输入端电性连接至第二分离模块的输出端，以及该第三叠加模块的输出端电性连接至第一分离模块的输入端，该第三叠加模块用于接收每路电压以及各自的负序分量，并将叠加后的第二叠加信号作为上述第一待分离量而输出至第一分离模块的输入端。该第四叠加模块具有一第一输入端、一第二输入端、一第三输入端和一输出端，其中，第一输入端电性连接至输入模块，第二输入端电性连接至第一分离模块的输出端，第三输入端电性连接至第二分离模块的输出端，以及该第四叠加模块的输出端电性连接至第二分离模块的输入端，其中，该第四叠加模块用于接收每路电压以及各自的正序分量和负序分量，并将叠加后的信号作为上述第二待分离量而输出至第二分离模块的输入端。优选地，该第一分离模块还包括一低通滤波器，用于对d轴上的正序分量dpos进行低通滤波处理。更优选地，上述第一分离模块还包括一第一调节器、一比较单元以及一积分器，该第一调节器与该比较单元相连接，以及该比较单元与积分器相连接，其中，q轴上的正序分量qp()S经由第一调节器耦接至比较单元的一输入端子，一预设频率信号连接至比较单元的另一输入端子，将二者进行比较后再经由积分器输出正序分量的相位角度Θ p0sO在一优选实施例中，将积分器输出的正序分量的相位角度Qptjs分别输入至第一分离模块的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。在另一优选实施例中，将与积分器输出的正序分量的相位角度相对应的相位角度分别输入至第二分离模块的α-β坐标系到d-q坐标系的坐标变换过程以及d-q坐标系到α-β坐标系的坐标变换过程。优选地，第二分离模块还包括一第二调节器，用于对干扰量进行补偿。优选地，第一调节器或第二调节器为比例积分调节器或比例积分微分调节器。优选地，该锁相系统应用于风力发电系统或太阳能发电系统。依据本专利技术的另一个方面，提供了一种用于三相交流电网的锁相方法，包括:a)接收三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压VgHda和VgHde，每路电压包括正序分量和负序分量；b)将一第一待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d_q坐标系/ α- β坐标系的坐标变换，得到与所述每路电压相对应的正序分量Vaptjs和Veptjs ；c)将一第二待分离量依次经由α-β坐标系/d-q坐标系的坐标变换以及d_q坐标系/a -β坐标系的坐标变换，得到与所述每路电压相对应的负序分量VaMdPV0Mg ;以及d)将所述每路电压与相应的正序分量Vaptjs和Veptjs、负序分量Vamg和Veneg进行叠加，以分离出所述每路电压中的干扰量，并对所述干扰量进行补偿。优选地，该锁相方法还包括:提供一给定为零的参考干扰量；将所述参考干扰量与所述每路电压中的干扰量进行做差从而得到一误差信号，并通过一调节器对所述误差信号进行补偿，以消除误差；以及将补偿后的信号经由d-q坐标系/ α _β坐标系的坐标变换来得到所述负序分量Vamg和Ve胃。优选地，锁相方法还包括第一叠加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于三相交流电网的锁相系统，其特征在于，所述锁相系统包括：一输入模块，用于接收所述三相交流电网的三相电压并将其转换为两路电压Vgridα和Vgridβ，每路电压包括正序分量和负序分量；一第一分离模块，用于将一第一待分离量经由α‑β坐标系到d‑q坐标系的坐标变换来得到d轴上的正序分量dpos以及q轴上的正序分量qpos，然后将所述d轴上的正序分量dpos通过d‑q坐标系到α‑β坐标系的坐标变换来输出与所述每路电压相对应的正序分量Vαpos和Vβpos；以及一第二分离模块，用于将第二待分离量经由α‑β坐标系到d‑q坐标系的坐标变换以及d‑q坐标系到α‑β坐标系的坐标变换来输出与所述每路电压相对应的负序分量Vαneg和Vβneg；其中，所述第一分离模块和所述第二分离模块耦合成一闭环反馈，所述第二分离模块采用所述闭环补偿得到负序分量，并消除所述第一分离模块中的误差，使所述第一分离模块分离出所述正序分量以便进行锁相。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛海芬，邱爱斌，吕飞，郑剑飞，
申请(专利权)人：台达电子企业管理上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31