[发明专利]一种基于无功补偿的滑动加权单相软锁相方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于无功补偿的滑动加权单相软锁相方法，涉及并网逆变器系统控制领域。

背景技术

在电力电子变换装置中，单相并网逆变器能够将电能回馈到电网，它具有直流电压稳定，输出电流正弦化，电网能量馈送等优点，在太阳能、风能、储能等可再生能源的利用中得到广泛的应用。

对电网电压或电流相位信息的准确获取对各种并网逆变器的稳态、动态性能以及安全运行具有重要影响，在一些特殊的应用下，为了获得更为卓越的控制性能，还需要测量电网电压或电流的幅值。锁相环技术被广泛用于电力电子系统中，以获取输入信号相位。

为达到优良的锁相控制功能，在三相并网逆变器系统中已经提出了很多锁相方法，得到了很好的应用，并在此基础上提出了单相锁相的方法。在进行dq无功解耦变换前，需要2个正交的信号量，但在单相系统中，获得的信号量只有单相电压值，无法提供和其正交的信号量，故此提出了很多生成正交虚拟量方法，包含延时或移相90度、对单相输入信号进行微分，反派克变换、二阶通用积分器PLL等都致力于获取准确的正交虚拟信号。但都在一定程度上存在这无法快速响应频率变化以及对噪声的处理不够得当，从而影响最终的锁相效果。

中国专利CN101291150公开了“采用软件实现单相锁相环的方法”，它针对单相并网逆变器通过基于瞬时无功理论，通过延时90度相位角产生正交虚拟信号，得出的α、β量通过瞬时无功的dq0变换出的q轴分量的输出进行PI调节，以PI调节环的输出进行频率校正，从而实现锁相技术，保持和电网同频。但这种方法从原理上就存在动态响应慢的问题，从而使得在输入信号频率快速变换时，无法保证准确获取相位移动信息，来跟踪锁相。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种控制精度高，锁相速度快，抗干扰能力强的单相并网逆变器的软件锁相控制方法。在本发明公开的方法中，为保证单相并网逆变器能获得良好的性能，在实现软件锁相的同时，能获得快速的频率响应和准确的锁相偏差，关键在于准确产生β信号量，然后通过dq变换得出的q轴分量，通过PI调节使其输出为零，调节的输出量控制频率，达到锁相目的。利用旋转方向相反的两组派克变换，将变换结果进行正负零序交叉解耦，为消除在单相系统中的噪声干扰，加入移相90度的正交虚拟量到系统中进行反馈调节，从而使锁相得出的q轴分量更加准确，响应速度更快。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于无功补偿的滑动加权单相软锁相方法，具体步骤如下：

步骤一、采集当前电网侧的单相电压，得到电压正弦波形的瞬时值，通过滤波算法优化所述电压正弦波形的瞬时值；

步骤二、将优化后的电压正弦波形瞬时值作为派克变换的横轴输入分量，将派克变换的纵轴输入分量置为零，依次经过正、负序派克变化得到正、负序dq分量；

步骤三、对正、负序dq分量进行交叉解耦运算，分解出电压的有功分量和无功分量，得出结果如下：

其中，U_d为电压的有功分量，U_q为电压的无功分量；

步骤四、将步骤一中所得优化后的电压正弦波形瞬时值进行90°相移，获得与原电压值相正交的虚拟量；

步骤五、将优化后的电压正弦波形瞬时值作为dq变换矩阵的横轴输入分量，将步骤四中得到的虚拟量作为dq变换矩阵的纵轴输入分量，进行dq变换，得到经过90°相移后电压的无功分量；

步骤六、将步骤二所得的电压的无功分量与步骤五所得的经过90°相移后电压的无功分量进行滑动加权合成运算，得到滑动加权合成运算的输出值；

步骤七、将步骤六中得到的滑动加权合成运算的输出值和给定量值0作为输入量进行PI调节，PI调节的输出量经过比例换算，得出当前的锁相频率值，根据当前的锁相频率值通过压控振荡器模块调节SPWM的周期值，实现跟踪软锁相。

进一步的，步骤二中使用的派克变换矩阵为：