[发明专利]一种频率自适应延迟周期的锁相方法

说明书

本发明涉及一种频率自适应延迟周期的锁相方法，基于延迟周期法滤除直流分量中可能出现的偶次谐波，结合滑动平均滤波器滤除电网中的奇次谐波。针对电网频率出现少许偏移时，引入实时频率估计反馈，对延迟周期法中的周期和滑动平均滤波的采样窗口时间进行实时矫正，提高谐波消除性能。该方法能够在频率偏移情况下，一个基波周期内稳定锁住基波信号的相位和频率。

技术领域

本发明涉及一种电力信号采集技术，特别涉及一种频率自适应延迟周期的 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，存在微小频率偏移时，出现三相电压不平衡、多次谐波和直流分量等 问题。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，提出了一种频率自适应延迟周 期的锁相方法，基于延迟周期法滤除直流分量中可能出现的偶次谐波，结合滑 动平均滤波器滤除电网中的奇次谐波。针对电网频率出现少许偏移时，引入实 时频率估计反馈，对延迟周期法中的周期和滑动平均滤波的采样窗口时间进行 实时矫正，提高谐波消除性能。该方法能够在频率偏移情况下，一个基波周期 内稳定锁住基波信号的相位和频率。

本发明的技术方案为：一种频率自适应延迟周期的锁相方法，频率自适应 延迟周期的锁相方法，电网三相电压坐标变换到两相静止坐标系得到αβ轴的两 个电压信号v_αβ，即v_α和v_β，v_αβ经过延迟周期模块对直流分量中偶次谐波进行抑 制，延迟周期模块输出经过电压幅值计算和dq轴坐标变换得到电压 信号v_d、v_q；对电压进行归一化，即v_q除以电压归一化降低电网电压 幅值突变对锁相环的影响；归一化的电压信号先进入滑动平均滤波器 滤波，抑制奇次谐波，滤波后再进入PI控制器，PI控制器输出值即角频率估计 经过一阶低通滤波器去噪后再计算频率估计通过积分得到相 位估计频率估计取倒数得到矫正周期矫正周期实时反馈给滑动平均 滤波器和延迟周期模块。

所述延迟周期模块在αβ系中h次谐波数学表达式如下

其中U_αh(t)、U_βh(t)为αβ系中h次谐波电压幅值；T为基波信号周期，实时 修正为n为延迟系数；通过设置延迟系数n使得cos(hπ/n)为0，达到谐波消 除目的。

所述滑动平均滤波器修正窗口时间