[发明专利]一种锁相环及锁相方法

摘要

本发明公开了一种锁相环及锁相方法，该锁相环包含了Clark变换模块，QSG模块，PNSC模块，同步旋转坐标系PLL模块，HE模块和AFRC模块。该新型的PLL可以精确地运行在电压不平衡、严重的电压谐波和频率变化的情况下。所提出的QSG和AFRC可以准确的检测正序电网电压序列，HE在严重的电网污染的条件下良好的消除谐波，AFRC使得频率自适应快速而且平滑，能够在电网电压同时存在频率波动、不平衡和谐波的情况下，实现PLL；采用突斯汀预变形和增量算法进行离散化的方法，对改进型数字PLL进行数字实现，可以保证电网电压的谐波宽带准确性。

主权项

一种锁相环，采用双二阶广义积分器锁相模块，所述的双二阶广义积分器锁相模块包括Clark坐标系变换模块、QSG模块、PNSC模块和SRF‑PLL模块；其中，QSG模块为正交信号发生器，PNSC模块为正负序计算器，SRF‑PLL模块为同步旋转坐标系PLL模块；其特征在于，还包括与双二阶广义积分器锁相模块相连的HE模块和AFRC模块；所述HE模块为谐波消除模块，所述AFRC模块为参考角频率计算模块；所述HE模块的输出端与所述SRF‑PLL中的PI模块的输出端相连；(1)Clark坐标系变换模块所述Clark坐标系变换模块用于通过Clark坐标变换矩阵T_abc‑αβ将三相静止坐标系下的三相电网电压v_a、v_b和v_c变换为两相静止坐标系电压v_α和v_β，变换公式为：其中，(2)QSG模块所述QSG模块包括2个D(s)和2个Q(s)，D(s)和Q(s)均为二阶广义积分器；D(s)和Q(s)的传递函数分别为：QSG模块的输入量为v_α和v_β，输出量为v_αx、v_αy、v_βx和v_βy；其中，第一个D(s)和第一个Q(s)的输入量均为v_α，第一个D(s)和第一个Q(s)的输出量分别为v_αx和v_αy；其中，第二个D(s)和第二个Q(s)的输入量均为v_β，第二个D(s)和第二个Q(s)的输出量分别为v_βx和v_βy；ω_p是SRF‑PLL模块测得的电网电压角频率输出值，k为阻尼因子，s为复自变量，s＝jω，ω代表实时测得的电网电压角频率，是D(s)和Q(s)自变量；(3)PNSC模块所述QSG模块输出的两对正交信号传递给PNSC模块，经过PNSC模块后得到所需要的基波正序分量和所述PNSC模块的特征方程如下：$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{\&alpha;}1}^{+}\\ v_{\mathrm{\&beta;}1}^{+}\\ v_{\mathrm{\&alpha;}1}^{-}\\ v_{\mathrm{\&beta;}1}^{-}\end{array}\right]=\frac{1}{2}\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& -1\\ 0& 1& 1& 0\\ 1& 0& 0& 1\\ 0& -1& 1& 0\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{\&alpha;}x}\\ v_{\mathrm{\&alpha;}y}\\ v_{\mathrm{\&beta;}x}\\ v_{\mathrm{\&beta;}y}\end{array}\right]$其中，和为基波负序分量；(4)SRF‑PLL模块所述SRF‑PLL模块用于跟踪电网电压；所述HE模块采用Q轴6次比例谐振控制器，其传递函数为：$G_{PR}=K_{PR}+\frac{K_{IR}s}{s^2+{\left(6{\mathrm{\&omega;}}_p\right)}^2}$其中，K_PR、K_IR分别是Q轴6次比例谐振控制器的比例和积分系数；所述AFRC模块用于计算参考角频率ω_r，计算过程如下：步骤A：利用定时器中断DSP，观测a相电压v_a幅值是否过零点，是否满足条件：u_a(k‑1)<＝0，u_a(k)>＝0若满足，则令计数值N_temp1＝1，N_temp4＝N_temp2，进入步骤D；否则，进入步骤B；步骤B：判断a相电压第k‑1个采样点和第k个采样点是否满足条件：u_a(k‑1)>0，u_a(k)>0若满足，则令N_temp1＝N_temp1+1，等待下一次中断；否则，进入步骤C；步骤C：判断a相电压第k‑1个采样点和第k个采样点是否满足条件：u_a(k‑1)>＝0，u_a(k)<＝0若满足，则令N_temp2＝1，N_temp3＝N_temp1，进入步骤D，否则，令N_temp2＝N_temp2+1，等待下一次中断