[发明专利]基于二阶积分器的单相锁相环的控制方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种新能源并网发电系统中单相锁相环的控制方法，尤其涉及一种基于二阶积分器的单相锁相环的控制方法。

背景技术

    全球面临化石能源日益紧张，气候变暖的严峻形势，世界各国比以往任何时候都渴求可持续绿色替代能源，因此光伏发电、风力发电等新能源发电系统得到了长足发展。在并网发电系统中，需要实时检测电网的相位和频率以控制并网器，使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。同步锁相是并网系统一项关键的技术，其控制精确度直接影响到系统的并网运行性能。

    目前，对基于同步坐标系的单相锁相环的研究大多借鉴三相锁相环中的闭环结构，这种锁相环需要两个互相垂直（正交）的输入信号。但是，对于单相系统只有一个输入信号                                                ，需要另外构造一个虚拟的输入信号。通常采用的方法为：查正余弦表(或者延时的方法)，基于反park变换实现90^。相移构造虚拟信号。其中，采用查正余弦表(或者延时的方法)容易实现，但是对输入信号只是静态的延迟，在输入信号频率改变的情况下难以准确实现90^。相移，另外对输入信号的滤波不足，对锁相环的精度影响比较大；基于park反变换构造虚拟信号，采用该方法构成的是一个非线性系统，对于其中滤波器的设计比较困难。此外，还有基于FIR滤波器线性相移构造虚拟信号，但是该方法运算量增大，对控制器要求较高，同时易受输入信号频率变化的影响，降低锁相环的精度。

发明内容

    本发明目的为解决上述的技术问题，提供一种基于二阶积分器的单相锁相环的控制方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于二阶积分器的单相锁相环的控制方法，其特征在于控制步骤如下：

步骤1：在微控制器为核心的控制电路中，利用虚拟信号生成环节构造一组以单相电压信号为基准的正交信号、。

步骤2：对该虚拟信号生成环节输出的正交信号、进行以积分环节输出的相位为旋转角的Park变换。

步骤3：对Park变换输出的轴分量进行PI调节。

步骤4：利用频率校正环节对PI调节环节的输出进行频率校正，即将PI调节环节的输出加上初始基准频率，得到校正后的频率。

步骤5：利用积分环节对频率进行积分，积分输出即单相电压信号的估算基波相位。

步骤6：将基波相位信号通过数模转换电路转换成模拟信号输出。

在步骤1中，虚拟信号生成环节实际上是一种基于二阶积分器的滤波算法，其中二阶积分器对应传递函数为：

虚拟信号生成环节输出的正交信号，相对单相电压信号的等效传递函数，的表达式分别为：

其中为谐振频率，为虚拟信号生成环节带宽系数。

考虑到正常电网频率在49.42～50.42Hz之间变化，以及对谐波的抑制效果，这里取为，为0.8。

在步骤2中，Park变换是一种两相静止坐标系到两相旋转坐标系的数学变换，变换公式如下：

其中，分别为静止坐标系，轴上的分量；，分别为旋转坐标系，轴上的分量；为Park变换的旋转角，即轴与轴的夹角。

将得到正交信号、以及积分环节的输出代入上述公式得到Park变换，轴的输出分量，，如下式所示：

    与现有技术相比，本发明的有意效果是，在电网频率改变和电网电压畸变情况下准确迅速的锁定相位，而且方法简单、易于硬件和软件实现。

附图说明

    图1是本发明的硬件实现电路示意图。

图2是本发明的基于二阶积分器的单相电网锁相环的控制系统原理图。

    图3是本发明的虚拟信号生成环节的算法原理图。

    图4是本发明的虚拟信号生成环节的幅频特性和相频特性图。

    图5是本发明的Park变换示意图。

    图6是本发明基于二阶积分器的单相电网锁相环的控制方法在微控制器为核心的控制电路中执行的步骤图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图详述如下：