[发明专利]一种电网电压同步算法SRF-PLL中的相位突跳变抑制方法及装置

说明书

针对电网电压同步算法SRF‑PLL中电压相位突跳变的抑制问题，本发明提供一种新的解决方案，通过在原有SRF‑PLL算法的相角反馈回路上新增一个相位突跳变抑制装置，SRF‑PLL中Park变换输出的dq旋转参考坐标系下分量和SRF‑PLL的输出相角作为相位突跳变抑制装置的输入信号，相位突跳变抑制装置的输出信号作为Park变换的旋转角度，当检测到时，相位突跳变抑制装置的输出信号，而当检测到时，相位突跳变抑制装置的输出信号，本发明能有效消除输入电压相角突跳变对锁相环输出结果的负面影响，且具有结构简单、计算量小、响应速度快、通用性强、普遍适用于所有SRF‑PLL算法等特点。

技术领域

本发明涉及功率变换器控制领域，特别是涉及电网电压同步算法SRF-PLL中的电压相位突跳变抑制问题。

背景技术

在众多需要与电网并网连接的场合中，如有源滤波、PWM整流器、不间断电源以及新型分布式电源等，为了控制并网功率变换器(英文全称：grid-connected powerconverters)使其与电网同步运行，都必须检测电网电压的幅值、频率和相位等信息，即提取电网电压同步信号。电网电压同步信号的提取方法在一定程度上影响着控制系统的性能，进而影响整个系统的并网运行效果。

现有的电网电压同步技术大多采用的是数字锁相环(英文全称：phase lockedloop，PLL)。锁相环的结构框如图1所示，它由鉴相器(英文全称：phase detect，PD)、环路滤波器(英文全称：loop filter，LF)和压控振荡器(英文全称：voltage-controlledoscillator，VCO)三部分组成。PD模块产生的输出信号正比于输入信号ν和PLL输出信号ν′之间的相角差，在PD输出信号中，高频交流分量伴随着直流相角偏差信号一起出现，具体情况因PD的类型而异。LF模块具有低通滤波特性，可以削弱PD输出中的高频交流分量，典型的LF模块可由一阶低通滤波器或PI(英文全称：proportional integral)控制器构成。VCO模块输出一个交流信号，该信号的频率相对于给定的中心频率ω_c进行移动，是LF所提供的输入电压信号ν_lf的函数。当环路锁定时，输入信号ν与压控振荡器输出信号ν′的相位差为零。

目前，常用的锁相环为基于同步参考坐标系(英文全称：synchronous referenceframe，SRF)的PLL(简称为：SRF-PLL)，其典型结构如图2所示，其中，SRF-PLL的PD模块由正交信号发生器(英文全称：Quadrature Signal Generator，QSG)和Park变换两部分组成，该算法的关键是如何得到αβ静止坐标系下的正交分量。对单相系统，即通常采用二阶广义积分器(英文全称：second-ordergeneralized integrator，SOGI)或自适应陷波器(英文全称：adaptive notch filter，ANF)作为QSG；而对于三相系统，即ν_a＝U_mcos(θ)、ν_b＝U_mcos(θ-120°)、ν_c＝U_mcos(θ+120°)，采用Clarke变换或复系数传递函数可以很容易地得到αβ静止坐标系下的正交分量。无论是单相系统还是三相系统，得到的αβ静止坐标系下的正交分量满足下式：

经过Park变换后，得到dq旋转参考坐标系下的分量V_d和V_q如下：

其中，θ′为dq坐标系的旋转角度。

再通过闭环控制将q轴变量控制为零，使dq坐标系的旋转角度θ＇等于αβ静止坐标系下输入电压矢量的相角θ，稳态时，dq旋转参考坐标系下d轴分量就表示了输入电压的幅值，而输入电压的相角由闭环输出决定。