[发明专利]一种基于强跟踪卡尔曼滤波器的电压相位检测算法

权利要求书

1.一种基于强跟踪卡尔曼滤波器的电压相位检测算法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将检测到的三相电压U_a、U_b、U_c变换到角速度ω＝100πrad/s的两相旋转xy坐标系上，得到变换结果U_x和U_y；

式中：t为时间；

步骤2，将由步骤1得到的U_x和U_y应用低通滤波器提取出正序基波电压分量U_x⁺和U_y⁺；

步骤3，将由步骤2得到的U_x⁺和U_y⁺变换到两相静止αβ坐标系上，得到变换结果U_α⁺和U_β⁺；

式中：

步骤4，将步骤1中的U_x作为输入信号，设计STKF检测输入信号的突变，得到反映信号突变的增益因子K；

步骤5，对传统同步坐标系锁相环进行改进，将由步骤4得到的增益因子K引入相位计算过程，将步骤3中的U_α⁺和U_β⁺应用到改进同步坐标系锁相环中得到电压相位。

2.根据权利要求1所述的一种基于强跟踪卡尔曼滤波器的电压相位检测算法，其特征在于，步骤4中STKF的具体设计方法按照以下步骤实施：

步骤4.1，令STKF的输入信号为z(k)，待提取的信号为x(k)，剩余的噪声信号为w(k)，这些变量满足如下关系：

步骤4.2，由x在k-1时刻的值x(k-1)预测k时刻的预测值为x(k|k-1)；P(k)为x(k)与预测值x(k|k-1)的预测协方差，其在k时刻的预测值P(k|k-1)由k-1时刻的值P(k-1)预测得到；x和P的预测值计算公式：

式中λ(k)为渐消因子，用于提高对输入信号突变的响应，λ(k)的计算公式为：

式中，R(k)为信号中叠加的噪声信号w(k)的方差；β为平滑状态估计值的弱化引子，β取1；另外x(0)＝0，P(0)＝1；

步骤4.3，应用k时刻P的预测值计算增益因子K：

K＝P(k|k-1)(P(k|k-1)+R(k)) (6)。

3.根据权利要求1所述的一种基于强跟踪卡尔曼滤波器的电压相位检测算法，其特征在于，步骤5中的改进同步坐标系锁相环具体按照以下步骤实施：

步骤5.1，将步骤3中的U_α⁺和U_β⁺应用Park变换，得到U_d⁺和U_q⁺,

式中：θ为锁相环输出的电压相位；

步骤5.2，将U_q⁺与增益因子K相乘做为PI调节器的输入；

步骤5.3，将PI调节器的输出进行积分得到相位值θ，将该θ值反馈进入Park变换，当PI调节稳定，U_q⁺为0时，θ值为所测正序基波电压的相位。

4.根据权利要求2所述的一种基于强跟踪卡尔曼滤波器的电压相位检测算法，其特征在于，步骤4.2的式(5)中

5.根据权利要求4所述的一种基于强跟踪卡尔曼滤波器的电压相位检测算法，其特征在于，式(8)中ρ为遗忘因子，取0.95。