[发明专利]一种电网电压锁相方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及PWM变流技术，具体涉及一种电网电压锁相方法及系统。

背景技术

在PWM变流器领域，需要通过锁相获得电网电压相位和频率从而进行相应的运算和控制。通常所用的锁相方法可分为两大类，硬件锁相和软件锁相。硬件锁相通常需要判断电网电压过零点，计算出电网电压的周期值，从而计算出电网电压的频率和相位。这种方法需要一个周期计算一次，动态响应较慢。软件锁相通常的方法是：将三相输入电压经过Park变换到dq两相旋转坐标系下，通过PI控制器调节q轴或d轴(根据实际变换)分量为零来捕获电压的相位和频率。此种方法还经常配合滤波器一起使用，或是对三相电压进行滤波，或是对变换后的d轴和q轴电压进行滤波，以此获得电压的正序分量，对其进行锁相来提高锁相的精度。目前，软件锁相应用较为广泛，对其研究的重点多集中在如何减小电网电压中的谐波以及由于电压不对称带来的负序分量对锁相精度的影响。然而，对于PI控制器输出波动对控制系统性能的影响，研究较少。

公开号为CN 103825300的中国专利文献公开了一种锁相方法，如图1所示，该技术方案在对三相电网电压进行滤波后，没有采用PI控制器将q轴电压调零来锁相的方法，而是将电网电压(U_a、U_b、U_c)的正序分量(U_a+、U_b+、U_c+)变换到两相静止坐标系αβ轴系内(得到U_α+和U_β+)，然后利用U_α+和U_β+的正交关系(图2所示电网电压角度θ、变换到两相静止坐标系αβ轴系的电压正序分量U_α+和U_β+之间的关系)，可得出电网电压角度θ对应的正弦值sin(θ)如式(1)所示和余弦值cos(θ)如式(2)所示；

式(1)和式(2)中，sin(θ)表示电网电压角度θ对应的正弦值，cos(θ)表示电网电压角度θ对应的余弦值，U_α+和U_β+表示变换到两相静止坐标系αβ轴系的电压正序分量。但是，该技术方案存在下述问题：(1)锁相方法相当于开环控制，其精度不如采用PI控制的闭环控制精度高。(2)锁相结果为电网电压的角度信息，没有直观的得出电网电压的角速度。因此，传统的软件锁相方式，其PI控制器的输出波动会导致锁相环输出的频率发生波动，如果波动过大必然后降低整个系统的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既保留了传统软件锁相方法锁相精度高、动态响应快的优点，又降低了锁相输出的频率值波动对系统性能的影响，锁相精度高、能够方便得出电网电压角速度的电网电压锁相方法及系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种电网电压锁相方法，其特征在于步骤包括：

1)对三相电压采样值提取正序分量；

2)将提取得到的正序分量变换到αβ两相静止坐标系；

3)将αβ两相静止坐标系下的电压分量变换到dq两相旋转坐标系，根据变换到dq两相旋转坐标系的电压分量获取电网电压角度θ；

4)在每一个电网工频周期，根据当前的锁相输出角度θ₁、当前的电网电压角度θ之间的差值生成电网电压角速度修正量Δω，将电网电压角速度修正量Δω和上一个电网工频周期的角速度ω₂(K-1)相加得到本电网工频周期的角速度ω₂(K)，将本电网工频周期的角速度ω₂(K)积分得到本电网工频周期的锁相输出角度θ₁。

优选地，步骤4)的详细步骤包括：

4.1)检测当前的锁相输出角度θ₁，如果锁相输出角度θ₁接近指定角度时跳转执行下一步；

4.2)将当前的锁相输出角度θ₁、电网电压角度θ之间的差值Δθ除以一个电网工频周期内进行电压采样的采样点数N，得到电网电压角速度修正量Δω；

4.3)将电网电压角速度修正量Δω和上一个电网工频周期的电网电压角速度ω₂(K-1)相加得到本电网工频周期的角速度ω₂(K)；

4.4)将本电网工频周期的角速度ω₂(K)积分得到本电网工频周期的锁相输出角度θ₁。