[发明专利]一种基于交叉耦合的多频带锁相方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子变流器并网运行及控制技术领域，更具体地，涉及一种基于交叉耦合的多频带锁相方法及系统。

背景技术

电力电子变流器广泛应用于新能源发电系统和高压直流输电系统。新能源发电的大规模发展使电网对新能源发电的电网友好性提出了更高的要求。在电网故障、畸变的条件下，变流器需保持并网运行并满足一定的有功功率、无功功率输出要求。高压直流输电系统需要在电网故障、畸变等各种运行环境中保持高的可靠性。变流器的控制基于电网电压定向，快速准确检测电网电压相位是变流器在电网故障或畸变时保持可控的前提。

目前并网变流器一般使用软件锁相环检测电网电压相位，其结构框图如图1所示。基本原理是：检测电网电压信号v_a，v_b，v_c，将其在锁相环坐标系下进行Park变换，得到q轴分量v_q和d轴分量v_d。v_q可反映电网电压相位和锁相环相位间的误差。v_q经控制器调节后形成频率调整分量Δω。Δω加上锁相环初始给定频率ω₀形成锁相环频率ω，ω经积分后形成锁相环相位θ。当锁相环相位与电网电压相位有误差时，锁相环频率和相位将进行调节，直至两者频率和相位相等。锁相环输出相位θ作为电网电压相位的检测值。

当电网电压中仅含基波正序分量时，锁相环能快速准确检测电网电压相位。当电网电压中含负序和谐波分量时，v_q中将出现交流分量，控制器无法完全抑制该交流分量的干扰，使锁相环不能准确检测电网电压基波正序分量的相位。

目前，工程上普遍采用降低控制器带宽的方法抑制负序及谐波分量的干扰。然而此方法减慢了锁相环的动态响应速度，不利于变流器的有效控制。另一方面，在有些情况下，变流器需对负序甚至谐波电流进行控制，这需要锁相环能够提取电网电压负序及谐波分量的相位信息。目前常用的锁相环无法满足此要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于交叉耦合的多频带锁相方法，旨在解决现有的锁相环在电网电压不平衡和畸变情况下无法快速准确提取电网电压相位信息的问题。

本发明提供了一种基于交叉耦合的多频带锁相方法，包括下述步骤：

将N个第二输入信号分别经N个锁相滤波单元锁相和滤波处理，得到N个相位信号和N个滤波信号；

对每个锁相滤波单元，将其它N-1个锁相滤波单元输出的滤波信号相加，得到该锁相滤波单元的前馈信号，共得到N个前馈信号；

将第一输入信号分别减去N个前馈信号，得到N个所述第二输入信号；

所述第一输入信号为电网电压输入信号；所述第二输入信号为所述锁相滤波单元的输入信号；N小于等于所述第一输入信号中频率分量的个数。

更进一步地，所述锁相滤波单元通过锁相环获取相位信号；所述N个锁相滤波单元通过设置锁相环初始给定频率分别为第一输入信号中的N个频率分量的额定频率，使每个锁相滤波单元分别检测第一输入信号中额定频率等于锁相环初始给定频率的分量；将N个锁相滤波单元输出的N个相位信号和N个滤波信号分别作为第一输入信号中相应频率分量的相位和时域信号的检测值。

更进一步地，获取所述滤波信号的一种方法具体为：

(1)将所述第二输入信号经锁相环坐标系下的Park变换后，得到d轴分量和q轴分量；(2)将所述d轴分量和所述q轴分量分别进行低通滤波后，再进行Park反变换得到所述滤波信号。

更进一步地，获取所述滤波信号的另一种方法具体为：

(1)误差信号经锁相环坐标系下的Park变换后得，到d轴分量和q轴分量；(2)将所述d轴分量和所述q轴分量分别进行积分后，再进行Park反变换得到所述滤波信号；(3)所述第二输入信号减去所述滤波信号，得到所述误差信号。