[发明专利]一种基于改进二阶广义积分器的锁相算法

摘要

本发明公开了一种基于改进二阶广义积分器的锁相算法，将并网电压瞬时值U_a，U_b，U_c经过坐标变换得到U_α和U_β；将U_α和U_β分别经过具有STKF的改进DSOGI得到U'_α、qU'_α和U'_β、qU'_β；将这两组信号进行运算后得到电压的正序基波分量；将电压的正序基波分量经过同步坐标系锁相算法得到并网电压正序基波分量的相位。本发明通过增加消除电压直流分量通道来实现对畸变、不平衡且含有不对称直流分量电压进行准确快速锁相的目的。在消除电压直流分量时为了满足动态性要求，设计了一种强跟踪卡尔曼滤波器(Strong Tracking Kalman Filter)来完成从大量谐波电压中提取直流分量的工作。

主权项

1.一种基于改进二阶广义积分器的锁相算法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：/n步骤1，将并网电压瞬时值U_a，U_b，U_c经过坐标变换得到U_α和U_β；将U_α和U_β分别经过具有STKF的改进DSOGI得到两组正交信号U'_α、qU'_α和U'_β、qU'_β；将这两组信号进行运算后得到电压的正序基波分量；/n步骤2，将电压的正序基波分量经过同步坐标系锁相算法得到并网电压正序基波分量的相位；/n步骤1具体按照以下步骤实施：/n步骤1.1，畸变、不平衡且含有不对称直流分量的电压瞬时值为：/n /n式中：U_n⁺为n次正序电压的幅值；U_n^－为n次负序电压的幅值；θ_n⁺为n次正序电压的初始相角；θ_n^－为n次负序电压的初始相角；n为谐波次数；t为时间；上标﹢表示正序，上标﹣表示负序；ω为电压基波的角频率；d_a、d_b、d_c分别为三相电压所含的不对称直流偏置；/n步骤1.2，将电压瞬时值变换到两相静止坐标系上，变换后的电压为：/n /n式中：/n步骤1.3，将电压U_α和U_β经过增益为2ξ，滤波频率ω₀等于电压基波ω的传统DSOGI，分别得到U'_α、U"_α、U'_β、U"_β，/n /n步骤1.4，对传统DSOGI进行改进，将U_α和U_β分别在传统DSOGI计算过程中经过增益2ξ的数值提取出来为：/n /n步骤1.5，设计STKF提取ΔU'_α和ΔU'_β中的直流分量2ξd_α和2ξd_β；/n步骤1.6，用U"_α和U"_β减去STKF的提取结果得到改进DSOGI的另两个输出结果qU'_α和qU'_β：/n /n步骤1.7，将改进DSOGI的输出U'_α、qU'_α、U'_β、qU'_β进行计算得到电压正序基波分量值U⁺_α和U⁺_β：/n /n步骤1.5中设计STKF的方法具体按照以下步骤实施：/n步骤1.5.1，令被STKF滤波的信号为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：/n /n步骤1.5.2，由x在k-1时刻的值x(k-1)预测时刻的预测值为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：/n /n式中λ(k)为渐消因子，用于提高对输入信号突变的响应，其计算公式为：/n /n式中，R(k)为信号中叠加的噪声信号w(k)的方差；/n ρ为遗忘因子，一般取0.95；/n另外x(0)＝0，P(0)＝1；/n步骤1.5.3，应用k时刻x和P的预测值计算其在k时刻的值，计算公式如下所示；随着时间增加，x的值基本稳定，P趋于0，则此时的x值就是待提取的值；/n /n式中的滤波增益K(k)＝P(k|k-1)(P(k|k-1)+R(k))。/n