[发明专利]一种具有谐波抑制功能的单相锁相环优化设计方法

说明书

本发明提供一种具有谐波抑制功能的单相锁相环优化设计方法，其改进之处在于，所述设计方法首先建立单相锁相环小信号模型，将小信号模型等效成一个一阶惯性环节和一个比例环节，建立完整的单相锁相环小信号模型；其次设计单相锁相环的控制参数，将单相锁相环小信号模型的开环传递函数和误差传递函数作为目标函数，以单相锁相环动态特性作为约束条件求解控制参数的取值范围；最后，根据干扰信号的传递函数，优化单相锁相环的控制参数。本发明提供的设计方法适用于不同的单相锁相环，可直接应用于对谐波抑制功能要求不同的应用环境，便于评估不同的单相锁相环性能优劣。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体讲涉及一种具有谐波抑制功能的单相锁相环优化设计方法。

背景技术

电力变换系统中扮演重要角色的同步技术，可用于不间断电源，分布式发电技术，储能系统，有源滤波器等技术领域。锁相环是并网变频器在新能源以及储能并网运行、控制时非常重要的一个组成元件，锁相环一般包括三个模块：1)相角检测器(Phase Detector，PD)，2)环路滤波器(Loop Filter，LP)，3)电压控制振荡器(Voltage ControlledOscillator，VCO)。

单相系统比三相系统少了两相的电压电流信息，为了精确的跟踪电网的相角，先进的单相锁相方法是通过创建一个与三相系统等效的正交电压信号，且利用T/4延迟、Hilbert变换、广义二阶积分、反Park变换等产生正交信号。这些锁相环的设计间的不同之处在于如何构建相角检测模块，但相角检测模块具有很高的非线性，而在传统的分析锁相环动态特性时，为了计算简便往往将其忽略。

目前，为了计算方便，实际设计过程中，一般将相角检测环节与锁相环节的参数分别优化设计。另外，在设计过程中更多的考虑的是稳定性和快速性之间的控制参数选取上的折中，并没有考虑到单相锁相环抑制谐波功能对控制参数的影响。这种设计理念不能完整的体现整个单相锁相环的动态特性，而且目前没有一种系统的分析整个单相锁相环动态特性的优化设计方法。

因此，为克服现有技术的不足，综合考虑单相锁相环对控制参数的影响，需要提供一种改进的设计方法。

发明内容

为克服现有技术的不足，将稳定性和快速性以及将单相锁相环抑制谐波功能因素对控制参数影响考虑全面，本发明提供一种具有谐波抑制功能的单相锁相环优化设计方法。

本发明涉及的单相锁相环优化设计方法，其改进之处在于，所述设计方法包括以下步骤：

(1)、建立单相锁相环的小信号模型；

(2)、提出单相锁相环参数设计约束条件；

(3)、确定截止频率ω_c，优化控制参数。

进一步的，

如步骤(1)所述的小信号模型包括相角检测模块，环路滤波模块和由积分模块代替的电压控制振荡器模块，其相角检测模块的传递函数为P(s)，环路滤波模块的传递函数表示式为

LF(s)＝kp+ki/s

该函数由比例积分控制器组成，其中kp为比例控制参数，ki为积分控制参数。

进一步的，在广义二阶积分锁相环SOGI-PLL的相角检测模块中，SOGI正交信号产生模块的传递函数为

其中，v'和qv'为经过广义二阶积分器产生的正交信号，v为输入电压信号，ω'为锁相环检测的角频率，k为广义二阶积分控制器的增益；

假设检测的角频率与实际角频率近似相等，检测的相角与实际相角的误差非常小，即并且忽略谐波影响，当k2时，对SOGI正交信号产生模块的传递函数进行拉普拉斯反变换得到