[发明专利]基于不完整周期电网电压信号的鉴相方法、装置及锁相环

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于不完整周期电网电压信号的鉴相方法、装置及锁相环。

背景技术

在电力电子的众多应用领域中，与交流电网互联的电力电子变流装置在国民经济中扮演着重要的角色，为了精确、稳定地运行，其控制系统都要求快速、准确地获取电网电压的相位和频率信息。

目前常用的单相逆变器上的电网电压检测方法主要是通过检测电压幅值过零点及其时间间隔来得到当前电网的相位和频率，该方法思路简单、易于实现，但抗电压直流分量、谐波、噪声的性能较差，较难实现精确、稳定的逆变器的过欠频保护。

另外，其效果依赖于过零点附近信号的质量，对带死区波形的并网电流的检测则完全失效，因此不能应用于要求具备无功补偿功能的并网应用场合，而无功补偿是逆变器技术发展的趋势和重要要求之一。

在三相并网逆变器中常使用clack+park变换来锁相，该方法至少需要两相电压信号。对单相并网逆变器而言，如何根据已知单相输入构造另一相电压信号就成为各种基于clack+park变换的单相锁相环的关键所在，目前的方法都是以复杂的运算或者较大的计算延迟为代价，不利于在计算资源受限的逆变器主控芯片上编程实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于不完整周期电网电压信号的鉴相方法、装置及锁相环，能够在谐波、噪声、偏置等干扰下精确、快速、稳定地跟踪电网电压信号的相位。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于不完整周期电网电压信号的鉴相方法，包括：

对电网电压信号进行采样，得到电网电压采样信号；

将不完整周期的电网电压采样信号与参考标准余弦信号相乘并积分，计算得到第一运算结果，所述参考标准余弦信号的幅度为单位幅度，频率与所述电网电压采样信号的频率相同，相位为0；

将所述不完整周期的电网电压采样信号与参考标准正弦信号相乘并积分，计算得到第二运算结果，所述参考标准正弦信号的幅度为单位幅度，频率与所述电网电压采样信号的频率相同，相位为0；

对所述第一运算结果除以第二运算结果所得的商进行反正切运算，得到电网电压信号的相位。

可选地，所述不完整周期的电网电压采样信号记为所述参考标准余弦信号记为x_cos(t)＝cosωt，采用如下公式进行相乘积分：

其中，T为采样周期，a为第一运算结果，变形后：

其离散形式为：

其中N为采样周期T内的采样点数；

所述参考标准正弦信号记为x_sin(t)＝sinωt，采用如下公式进行相乘积分：

其中，b为第二运算结果，变形后的离散形式为：

所述电网电压信号的相位

可选地，在开始对所述电网电压信号采样之后，所述鉴相方法还包括：对所述电网电压采样信号进行过零检测，在检测到所述电网电压采样信号过零之后将所述完整周期的电网电压采样信号分别与参考标准余弦信号和标准参考正弦信号相乘并积分。

可选地，所述过零检测的判断标准为：开始对所述电网电压信号采样之后，所述电网电压采样信号的序列为两负一正。

本发明还提供了一种基于不完整周期电网电压信号的鉴相装置，包括：

采样模块，对电网电压信号进行采样，得到电网电压采样信号；

第一运算模块，将不完整周期的电网电压采样信号与参考标准余弦信号相乘并积分，计算得到第一运算结果，所述参考标准余弦信号的幅度为单位幅度，频率与所述电网电压采样信号的频率相同，相位为0；

第二运算模块，将所述不完整周期的电网电压采样信号与参考标准正弦信号相乘并积分，计算得到第二运算结果，所述参考标准正弦信号的幅度为单位幅度，频率与所述电网电压采样信号的频率相同，相位为0；

相位计算模块，对所述第一运算结果除以第二运算结果所得的商进行反正切运算，得到电网电压信号的相位。

可选地，所述不完整周期的电网电压采样信号记为所述参考标准余弦信号记为x_cos(t)＝cosωt，所述第一运算模块的采用如下公式计算所述第一运算结果：

其中，T为采样周期，a为第一运算结果，变形后：

其离散形式为：

其中N为采样周期T内的采样点数；

所述参考标准正弦信号记为x_sin(t)＝sinωt，所述采用如下公式计算所述第二运算结果：

其中，b为第二运算结果，变形后的离散形式为：