CN102842918B - 一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法，通过数字锁相环对交流电网电压进行锁相；通过电压过零检测单元判断交流电网电压的过零点；电流采样单元采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，以控制功率开关器件的导通或关断。该方法及装置在利用数字锁相环检测交流电网电压过零点的基础上，通过对半正弦直流电流的采样，计算并网电流的补偿相位，并以此确定并网电流的过零点时刻，从而消除因并网电流与电网电压之间存在相位差，而导致网电流进行过零点切换可能造成输出电流的波形畸变的问题。

Description

一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法及装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法及装置。
背景技术
在太阳能，风能等可再生能源并网系统中，所采用拓补结构中的一部分是将前级变换得到的半正弦直流电流变换为全正弦交流电流并网。其中，重要的一点在于确定并网电流的过零点并在此时刻进行全桥电路中功率开关器件导通与关断的切换。如切换时刻与电流过零点发生偏移，并网电流将产生畸变。
目前，通常获取并网电流过零点的方法是，利用数字锁相环来获取电网电压的过零点，并以此作为并网电流的过零点来进行功率开关器件的切换。
但是，这样进行并网电流切换的问题在于，数字锁相环的输出为电网电压采样后锁相的结果，当并网电流与电网电压没有相位差时，数字锁相环输出的过零点时刻可以用来进行全桥电路中功率开关器件导通与关断的切换判断；而当并网电流与电网电压存在相位差时，并网电流的过零点与数字锁相环所获取的电网电压的过零点并不一致。因此，利用现有技术对并网电流进行过零点切换可能造成输出电流的波形畸变的问题。
基于上述现有技术中所存在问题，我们需要对数字锁相环的输出加入补偿以得到准确的并网电流过零点时刻，并以此来控制功率开关器件导通与关断的切换，从而减小或消除电流可能由于导通时刻的偏差造成的输出波形畸变。
发明内容
本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法及装置。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法，其特征在于，包括：
通过数字锁相环对交流电网电压进行锁相；
根据该数字锁相环锁相结果，通过电压过零检测单元判断交流电网电压的过零点；
电流采样单元采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；
相位补偿单元根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，并根据该电流补偿相位确定并网电流的过零点时刻；
根据该并网电流的过零点时刻控制功率开关器件的导通或关断，以使半正弦直流电流转换为正弦交流电流。
所述相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻的步骤中包括：
将交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值进行比较；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)小于该设定阀值，则认为并网电流与电网电压之间相位相同；
当并网电流与电网电压之间相位相同时，则相位补偿单元认为该电流补偿相位为0，并以该交流电网电压过零点为并网电流的过零点。
所述相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻的步骤中包括：
将交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值进行比较；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变大，则认为并网电流超前于电网电压相位；
当并网电流超前于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻。
所述相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻的步骤中包括：
将交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值进行比较；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变小，则认为并网电流滞后于电网电压相位；
当并网电流滞后于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻。
一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网装置，其特征在于，包括：数字锁相环、电压过零检测单元、电流采样单元、相位补偿单元、功率开关器件；
所述数字锁相环，用于对交流电网电压进行锁相；
所述电压过零检测单元，用于根据该数字锁相环锁相结果判断交流电网电压的过零点；
所述电流采样单元，用于采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；
所述相位补偿单元，用于根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，并根据该电流补偿相位确定并网电流的过零点时刻；
所述功率开关器件，用于根据该并网电流的过零点时刻导通或关断，以使半正弦直流电流转换为正弦交流电流。
所述相位补偿单元包括：相位关系判断模块、电流补偿相位计算模块和并网电流过零点时刻确定模块；
所述相位关系判断模块，用于比较所述交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值，并判断并网电流与电网电压之间相位关系；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)小于该设定阀值，则认为并网电流与电网电压之间相位相同；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变大，则认为并网电流超前于电网电压相位；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变小，则认为并网电流滞后于电网电压相位；
所述电流补偿相位计算模块，用于计算电流补偿相位；当并网电流与电网电压之间相位相同时，则认为电流补偿相位为0；当并网电流超前于电网电压相位时，则计算该电流补偿相位当并网电流滞后于电网电压相位时，则计算该电流补偿相位其中，α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；
所述并网电流过零点时刻确定模块，用于根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻。
通过本发明实施例，该利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法及装置在利用数字锁相环检测交流电网电压过零点的基础上，通过对该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)进行采样，以计算并网电流的补偿相位，并以此确定并网电流的过零点时刻，从而调整功率开关器件的导通与关断的时间，从而有效消除因并网电流与电网电压之间存在相位差，而导致网电流进行过零点切换可能造成输出电流的波形畸变的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法流程图；
图2为相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻的方法流程图；
图3为利用数字锁相环及相位补偿的电流并网装置的结构示意图；
图4为相位补偿单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为该利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法流程图。如图所示，该利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法，包括如下具体步骤：
通过数字锁相环对交流电网电压进行锁相；
根据该数字锁相环锁相结果，通过电压过零检测单元判断交流电网电压的过零点；
电流采样单元采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；
相位补偿单元根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，并根据该电流补偿相位确定并网电流的过零点时刻；
根据该并网电流的过零点时刻控制功率开关器件的导通或关断，以使半正弦直流电流转换为正弦交流电流。
上述利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法，在利用数字锁相环检测交流电网电压过零点的基础上，通过对该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)进行采样，以计算并网电流的补偿相位，并以此确定并网电流的过零点时刻，从而调整功率开关器件的导通与关断的时间。通过该方法，可以有效消除因并网电流与电网电压之间存在相位差，而导致网电流进行过零点切换可能造成输出电流的波形畸变的问题。
由于，并网电流与电网电压之间的相位关系存在三种情况：相同、超前和滞后。针对这三种相位关系，本发明对上述相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻的步骤，给出了几种具体的相位补偿及过零点确定的实施方案。如图2所示，该相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻具体步骤如下：
将交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值进行比较；
若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)小于该设定阀值，则认为并网电流与电网电压之间相位相同；
若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变大，则认为并网电流超前于电网电压相位；
若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变小，则认为并网电流滞后于电网电压相位；
当并网电流与电网电压之间相位相同时，则相位补偿单元认为该电流补偿相位为0，该交流电网电压过零点即为并网电流的过零点；
当并网电流超前于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻则可确定并网电流的过零点时刻；
当并网电流滞后于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻则可确定并网电流的过零点时刻。
通过上述方法，我们可以根据交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的采样电流值判断并网电流与电网电压之间的相位关系，并以此计算电流补偿相位，以确定准确的并网电流的过零点时刻。
图3为该利用数字锁相环及相位补偿的电流并网装置的结构示意图。如图所示，该利用数字锁相环及相位补偿的电流并网装置，包括：数字锁相环、电压过零检测单元、电流采样单元、相位补偿单元、功率开关器件。
所述数字锁相环，用于对交流电网电压进行锁相；
所述电压过零检测单元，用于根据该数字锁相环锁相结果判断交流电网电压的过零点；
所述电流采样单元，用于采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；
所述相位补偿单元，用于根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，并根据该电流补偿相位确定并网电流的过零点时刻；
所述功率开关器件，用于根据该并网电流的过零点时刻导通或关断，以使半正弦直流电流转换为正弦交流电流。
上述利用数字锁相环及相位补偿的电流并网装置，在利用数字锁相环检测交流电网电压过零点的基础上，通过对该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)进行采样，以计算并网电流的补偿相位，并以此确定并网电流的过零点时刻，从而调整功率开关器件的导通与关断的时间。通过该装置，可以有效消除因并网电流与电网电压之间存在相位差，而导致网电流进行过零点切换可能造成输出电流的波形畸变的问题。
如图4所示，所述相位补偿单元包括有：相位关系判断模块、电流补偿相位计算模块和并网电流过零点时刻确定模块。
所述相位关系判断模块，用于比较所述交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值，并判断并网电流与电网电压之间相位关系；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)小于该设定阀值，则认为并网电流与电网电压之间相位相同；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变大，则认为并网电流超前于电网电压相位；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变小，则认为并网电流滞后于电网电压相位；
所述电流补偿相位计算模块，用于计算电流补偿相位；当并网电流与电网电压之间相位相同时，则相位补偿单元认为该电流补偿相位为0；当并网电流超前于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位当并网电流滞后于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中，α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；
所述并网电流过零点时刻确定模块，用于根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻。
上述相位补偿单元可以根据交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的采样电流值判断并网电流与电网电压之间的相位关系，并以此计算电流补偿相位，以确定准确的并网电流的过零点时刻。
综上所述，本发明提供了一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法及装置，在利用数字锁相环检测交流电网电压过零点的基础上，通过对该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)进行采样，以计算并网电流的补偿相位，并以此确定并网电流的过零点时刻，从而调整功率开关器件的导通与关断的时间。通过该方法及装置，可以有效消除因并网电流与电网电压之间存在相位差，而导致网电流进行过零点切换可能造成输出电流的波形畸变的问题。本领域一般技术人员在此设计思想之下所做任何不具有创造性的改造，均应视为在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网方法，其特征在于，包括：
步骤1，通过数字锁相环对交流电网电压进行锁相；
步骤2，根据该数字锁相环锁相结果，通过电压过零检测单元判断交流电网电压的过零点；
步骤3，电流采样单元采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；
步骤4，相位补偿单元根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，并根据该电流补偿相位以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻；
其中，在步骤4中，所述相位补偿单元计算电流补偿相位及确定并网电流的过零点时刻的步骤包括：
将交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值进行比较；
若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)小于该设定阀值，则认为并网电流与电网电压之间相位相同；
若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变大，则认为并网电流超前于电网电压相位；
若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变小，则认为并网电流滞后于电网电压相位；
当并网电流与电网电压之间相位相同时，则相位补偿单元认为该电流补偿相位为0，并以该交流电网电压过零点为并网电流的过零点；
当并网电流超前于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中，α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻；
当并网电流滞后于电网电压相位时，则相位补偿单元计算该电流补偿相位其中，α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻；
步骤5，根据该并网电流的过零点时刻控制功率开关器件的导通或关断，以使半正弦直流电流转换为正弦交流电流。
2.一种利用数字锁相环及相位补偿的电流并网装置，其特征在于，包括：数字锁相环、电压过零检测单元、电流采样单元、相位补偿单元、功率开关器件；
所述数字锁相环，用于对交流电网电压进行锁相；
所述电压过零检测单元，用于根据该数字锁相环锁相结果判断交流电网电压的过零点；
所述电流采样单元，用于采样该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)；
所述相位补偿单元，用于根据该交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)计算电流补偿相位，并根据该电流补偿相位以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻；
所述功率开关器件，用于根据该并网电流的过零点时刻导通或关断，以使半正弦直流电流转换为正弦交流电流；
其中，所述相位补偿单元包括：相位关系判断模块、电流补偿相位计算模块和并网电流过零点时刻确定模块；
所述相位关系判断模块，用于比较所述交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)与设定阀值，并判断并网电流与电网电压之间相位关系；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)小于该设定阀值，则认为并网电流与电网电压之间相位相同；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变大，则认为并网电流超前于电网电压相位；若交流电网电压过零点时刻半正弦直流电流的电流值X(in)超出该设定阀值，且该电流值X(in)在交流电网电压过零点时刻在变小，则认为并网电流滞后于电网电压相位；
所述电流补偿相位计算模块，用于计算电流补偿相位；当并网电流与电网电压之间相位相同时，则认为电流补偿相位为0；当并网电流超前于电网电压相位时，则计算该电流补偿相位当并网电流滞后于电网电压相位时，则计算该电流补偿相位其中，α为电流补偿相位、A为半正弦直流电流的幅值；
所述并网电流过零点时刻确定模块，用于根据该电流补偿相位α以及交流电网电压过零点时刻确定并网电流的过零点时刻。
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