[发明专利]一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置

说明书

本发明提供一种单相电压数字锁相方法，设定锁相调节步长最小值，当调节步长小于该最小值时，令其等于该最小值，再根据电压数字信号和调节步长构建平面矢量圆，并对矢量圆进行平面坐标旋转变换得到相位差分量，进而通过PI控制器、积分器实现锁相；本发明还提供一种用于单相电压数字锁相的锁相调节步长及锁相装置。本发明能够保证在系统的各种状态下均能正常锁相，当从电池态切换为市电逆变态后，不会出现因调节步长趋近于零而无法完成锁相的情况；且当从市电切换到旁路后，若旁路频率较高，则最小限值也将增大，进而增大调节步长，避免出现频率较高但调节步长却过小，无法很快计算出正确频率值，最终导致旁路频率异常的情况。

技术领域

本发明涉及一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置。

背景技术

现有技术中，单相电压数字锁相是通过对待预测电压进行数字采样、正弦变换等数字手段，为待预测电压构造一个矢量圆，再通过平面坐标旋转变换实现。但单相电压数字锁相方案应用于单相不间断电源系统中时，存在以下缺陷：一、市电异常时，系统从市电逆变状态切换到电池逆变状态，但当市电恢复正常，系统再次切换至市电逆变状态时，出现锁相无法完成的情况，这是因为当切换至电池逆变状态时，系统仍需进行锁相计算，但此时锁相的目标电压为零，导致锁相调节步长趋近于零，无法完成正常的频率计算与相位计算，故而无法完成锁相；二、系统有市电与旁路两路交流输入时，当上电后锁相目标电压在市电与旁路之间切换时，会出现频率计算错误的情况，这是因为在系统刚上电时，优先使用市电进行锁相，如果此时判断出市电幅值异常而旁路正常，则锁相目标电压会由市电电压切换为旁路电压，不仅锁相时间长，且如果此时旁路频率较高(例如60Hz频率模式)，则会因为锁相调节步长过小，而出现频率计算过慢，无法很快计算出正确频率值，进而导致旁路频率异常，上电旁路频率异常问题会引起旁路掉电、频率自适应失败等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种单相电压数字锁相调节步长、方法及装置，对调节步长进行最小限幅，有效避免出现无法完成锁相或者旁路频率异常的情况。

本发明通过以下技术方案实现：

一种单相电压数字锁相方法，包括如下步骤：

A、对目标电压u(t)进行频率为f_s的采样得到电压数字信号u(k)；

B、根据电压数字信号u(k)判断目标电压u(t)的过零点，并根据相邻过零点计算目标电压u(t)的估算频率f″₀，计算锁相调节步长最小限值其中，Δf为小于f″₀的常数；

C、计算调节步长并判断K是否小于K_min，若是，进入步骤D，否则进入步骤E，其中，f′₀为锁相计算后反馈的目标电压u(t)的频率，其初始值为目标电压u(t)的基准频率f₀；

D、取K＝K_min，并进入步骤E；

E、构建平面矢量圆其中，

F、对平面矢量圆进行平面坐标旋转变换，得到相位差分量V_q，并将V_q输入PI控制器，通过该PI控制器将相位差分量V_q调节趋向0；将所述PI控制器输出的增量角频率Δω和目标电压u(t)的基准角频率ω₀累加获得角频率ω′，并经积分器积分输出相位角θ′，达到稳态后，相位角θ′即为目标电压u(t)的相位。

进一步的，所述Δf取值范围为4Hz≤Δf≤6Hz。

进一步的，在f_s＞＞f′₀条件下，

进一步的，所述目标电压u(t)为正弦信号，构建C＝[sinθ′ cosθ′]，相位差分量其中，