[发明专利]锁相环

说明书

技术领域

本发明涉及与三相基准信号的同步，并且具体地涉及基准信号不均衡和/或经受谐波失真的情形。

背景技术

在一些应用中，能够与基准信号同步可能是很重要的。例如，在分布式发电中，连接电网的电力转换器通常必须与公用电网的相位和频率同步。

锁相环（PLL）可以用于与信号同步。可以以各种方式形成PLL[1]。例如，同步参考系锁相环（SRF-PLL）[2]是广泛使用PLL技术，其能够检测基准信号的相角和频率。

基于SRF-PLL方法提出了不同的设计[3]-[7]。如同很多其他设计一样，SRF-PLL基于线性化假设，即可以局部地保证结果。SRF-PLL可以产生对基准信号的相角、基频和幅度的快速而又精确的检测。

然而，基于SRF-PLL方法的设计会由于谐波失真而易于失败[8]-[9]。如果基准信号因低阶谐波即接近基频的谐波而失真，则会减小SRF-PLL反馈环的带宽而抑制和消除这些谐波对输出的影响。然而在一些情况下，由于PLL的响应速度也因此可能显著减小，所以减小PLL带宽可能是不可接受的解决方案。

此外，基准信号的不均衡会对基于SRF-PLL方法的设计造成问题[7]、[10]。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法以及一种实施该方法的设备以缓解上面的缺点。本发明的目的是通过以在独立权利要求中叙述的内容为特征的方法和设备实现的。从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

可以通过以下方法来实现关于谐波失真和不均衡的较好容差：首先根据基准信号计算基本正序分量，然后使用正序分量来估算基准信号的相角。

基本正序分量的计算可以基于三相信号的描述，其中信号是由按照静止坐标系中的正序和负序的和来描述的。以这种方式，即使在不均衡条件下也可以提取基本正序分量。基本正序分量的计算还可以包括显式的谐波补偿机制（UHCM），其可以处理存在于基准信号中的可能的不均衡谐波失真。

因此，所计算的基本正序分量可以基本上没有谐波失真和不均衡。

然后，可以将基本正序分量变换至同步参考系中，并且同步参考系中正序分量的正交分量可以用于估算基准信号的基频和相角。所估算的基频又可以用于计算基本正序分量。

所公开的方法在即使当基准信号经受不均衡和谐波失真时也可以提供三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的纯净估值。所公开的方法对于角频率变化也是鲁棒性的。

附图说明

下面将参照附图借助于优选实施方式更加详细地描述本发明，其中：

图1示出了用于估算三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的示例性锁相环；

图2示出了不均衡谐波补偿机制的示例性实施；

图3a至图3d示出了图1和图2的布置对基准信号的从均衡到不均衡的变化的仿真瞬态响应；

图4a至图4d示出了图1和图2的示例性布置对添加至已经不均衡的基准信号的谐波失真的仿真瞬态响应；

图5a至图5d示出了图1和图2的示例性布置对基频阶跃变化的仿真瞬态响应；以及

图6a至图6d示出了示例性SRF-PLL算法对基准信号的从均衡到不均衡的变化的仿真瞬态响应。

具体实施方式

一些应用可能需要关于三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的知识。一些应用还可能需要额外的信息如基准信号的角频率和基本分量的正序和负序的估值。例如，这可以是以下三相电网连接系统如电力调节设备、柔性交流输电系统（FACTS）、电力线调节器、再生驱动器、不间断电源（UPS）、用于替代能源的电网连接逆变器以及其他分布式发电与存储系统中的情况。

本公开内容公开了一种用于估算三相基准信号的相角的方法。该方法在即使当基准信号不均衡和/或经受谐波失真时也能够提供三相基准信号的相角和基本正序分量的幅度的纯净估值。

本公开方法对于角频率变化是鲁棒的，并且还可以提供基准信号的角频率以及基本分量的正序和负序两者的估值。

本公开方法可以从基准信号中提取基本正序分量。然后可以将基本正序分量变换至同步参考系中，在同步参考系中可以将基本正序分量的正交分量控制到零，以便估算基准信号的基频和相角。

可以基于不均衡三相信号的模型执行基本正序分量的提取。通常，信号v_αβ可以被看作谐波的和。从而，不均衡三相信号的描述可以包括按照静止参考系坐标的正序和负序的和。