[发明专利]基于非线性PI和解耦双同步坐标系锁相环的锁相方法

说明书

本发明涉及一种基于非线性PI和解耦双同步坐标系锁相环的锁相方法，基于解耦双同步坐标系锁相环，加入非线性函数来改变PI控制器的参数，使得跟踪效果提高，具备更好的快速性和稳定性，同时对由于负序电压引起的二次谐波引入特定频率点陷波器消除谐波，使得在解耦消谐的基础上提高消谐性能。用来实现对电网不同状态下相位和频率的检测，该方法能够在电网不同状态下相实现相位和频率的检测。适合于太阳能发电、风力等新能源并网系统，并且可推广到其它单相或者三相并网逆变器的控制方法当中。

技术领域

本发明涉及一种电力信号采集技术，特别涉及一种基于非线性PI和解耦双同步坐标系锁相环的锁相方法。

背景技术

锁相环是新能源接入电网过程中极其重要的技术之一。光伏发电作为新能源发电的一种重要方式，对缓解能源危机和降低环境污染发挥着重要作用。光伏逆变器并网发电必须跟踪电网电压的相位、幅值和频率，即锁相环技术。然而，大规模光伏并网发电系统一般建在偏远地区，这就要求必须适应非理想电网环境，比如电压跌落、相位突变、频率变化、存在负序电压、谐波污染等。此外，在低电压穿越时，也要求锁相环能够快速跟踪电网信息。锁相环的性能不仅会直接影响并网电流的质量，也会影响区域电网系统的安全。

单同步坐标系锁相环(SSRF-PLL)，采用单一同步坐标系锁相控制结构，适用于电网电压平衡时的相位、频率和幅值的检测，在电网电压不平衡时，锁相效果不佳。基于双二阶广义积分器的锁相环(DSOGI-PLL)主要是通过构建基于内膜原理的自适应滤波器实现相角偏移和消除谐波，但当电网含有多次谐波时，滤波效果不理想，提取的同步信号出现波动。为了消除谐波，基于多二阶广义积分器锁相环增加了双层控制，但算法复杂。解耦双同步坐标系锁相环(DDSRF-PLL)是在SSRF-PLL基础上加以改进，先进行正负序电压分离，再根据正负序电压之间的耦合关系解耦。这种算法可以在电网电压不平衡时得到电网电压信息，但解耦后的q轴电流还是经过传统比例积分(PI)控制达到零的目的。PI控制是简单的比例积分线性组合，快速性由比例参数决定，稳定性由积分常数决定，使得快速性和鲁棒性存在矛盾，会影响锁相环跟踪的快速性和稳定性。采用了正负序级联延时信号消除法，能够实现对三相电压电流基波正负序分量在同步旋转坐标下的快速提取，但要针对不同的谐波设计不同的算法。

发明内容

本发明是针对现在锁相环技术存在的问题，提出了一种基于非线性PI和解耦双同步坐标系锁相环的锁相方法，基于解耦双同步坐标系锁相环，加入非线性函数来改变PI控制器的参数，使得跟踪效果提高，同时对由于负序电压引起的二次谐波引入特定频率点陷波器消除谐波，使得在解耦消谐的基础上提高消谐性能。用来实现对电网不同状态下相位和频率的检测，该方法能够在电网不同状态下相实现相位和频率的检测。

本发明的技术方案为：一种基于非线性PI和解耦双同步坐标系锁相环的锁相方法，首先将三相静止坐标系下的网侧电压检测信号v_a、v_b、v_c变换成两相静止坐标系下的电压v_α、v_β，再根据估计的电网角度将电压v_α、v_β变换为直流电压v_d，v_q，直流电压v_d，v_q分为正序直流分量v_dqn和负序直流分量v_dqm，n和m表示正负序；