CN103353548B - 电网电压同步信号提取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网电压同步信号提取装置及方法。其中装置包括α-β静止坐标系变换电路T_αβ，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，自适应陷波器ANF单元，负序分量提取单元，减法器I，减法器II，PI调节器，积分器I，比例运算器I和比例运算器II。采用本发明，可以在电网电压不对称的情况下同时满足同步信号提取对快速性、准确性、频率自适应性以及简便性的要求。

Description

电网电压同步信号提取装置及方法

技术领域

本发明涉及电信号检测技术领域，尤其涉及一种电网电压同步信号提取装置及方法。

背景技术

对三相并网变流器控制最重要的一步是提取电网电压的同步信号，即基波电压的幅值、相位和基波频率。由于电网电压不对称是一种普遍的现象，其对三相并网变流器的运行造成较大的影响；因此，为了满足三相并网变流器不对称控制策略的需要，对同步信号的提取也提出了更高的要求，这些要求包括：在电网电压不对称的情况下快速准确地提取同步信号，具有频率自适应性和实施的简便性。

目前，在三相系统的同步信号提取装置中，基于d-q坐标轴系变换的SRF-PLL(PhaseLockedLoopBasedOnSynchronizationReferenceFrame，同步参考坐标系锁相环)结构具有良好的动态响应速度，在电网电压对称的理想工况下能够较好地检测出基波正序分量。但在电网电压不对称的非理想工况下，使用SRF-PLL结构时，负序分量会在d-q轴分量中产生100Hz的2倍工频波动，这不仅对正序分量的幅值提取产生影响，还会对相位检测造成误差。为了解决这个问题，可以通过降低SRF-PLL反馈环路滤波器带宽的方法来抑制2倍工频波动分量的影响，但这样会降低动态响应速度。还可以通过加入特定频率的陷波器来消除电网电压不对称时d-q轴分量中的2倍工频波动量。但在频率变化时陷波器的滤波效果会受到影响，并且该方案不能检测出基波负序分量的幅值和相位。

另外，为了解决电网电压不对称对同步信号提取的影响，许多文献提出了不同的解决方案。

例如：EKF(ExtendedKalmanfilter，扩展卡尔曼滤波器)的结构可实现基波正负序分离，消除电网电压不对称的影响，但EKF庞大的计算量限制了其应用。

例如：DDSRF-PLL(decoupledoubleSRF-PLL，解耦双同步参考坐标系锁相环)的结构，将不对称电网电压经过双d-q变换，在正负序两个同步参考坐标系下通过正负序解耦网络实现了基波正负序分量的分离。该结构虽然可以有效地抑制负序分量对同步信号提取的影响，但结构比较复杂，计算量大，为了保证系统稳定性，也需降低系统带宽。

例如：DSC(delayedsignalcancellation，延时信号抵消)的结构是利用电网电压α-β静止坐标系分量的四分之一周期延时信号抵消电压负序分量造成的2倍工频波动分量。但该结构在频率变化的条件下仅通过数据缓存不可能实现精确延时。

例如：DSOGI-FLL(dualsecond-ordergeneralizedintegratorfrequency-lockedloop，双二阶广义积分器锁频环)的结构是利用非线性单元SOGI提取电网电压α-β坐标系下的基波分量及其90°移相信号，再通过瞬时对称分量运算分离出基波正负序分量。该结构可以有效地滤除电网电压不对称对同步信号提取的影响，但是瞬时对称分量运算增加了系统的运算量和系统结构的复杂性。

因此，现有的电网电压同步信号提取装置不能在电网电压不对称的情况下同时满足同步信号提取对快速性、准确性、频率自适应性以及简便性的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电网电压同步信号提取装置及方法。可以在电网电压不对称的情况下同时满足同步信号提取对快速性、准确性、频率自适应性以及简便性的要求。

本发明提供的一种电网电压同步信号提取装置，包括：α-β静止坐标系变换电路T_αβ，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，自适应陷波器ANF单元，负序分量提取单元，减法器I，减法器II，PI调节器，积分器I，比例运算器I和比例运算器II；

其中，所述α-β静止坐标系变换电路T_αβ，将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β;

所述d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q;

所述ANF单元，提取所述u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f；

所述负序分量提取单元，从所述u_f和S_90°u_f中提取并输出负序分量的幅值U_n与相位角θ_n;

所述减法器I，将所述u_d与S_90°u_f相减，得到并输出正序分量的幅值U_p;

所述减法器Ⅱ、PI调节器和积分器I顺序连接，分别将所述u_q与u_f相减得到误差信号ε，对所述ε进行PI调节得到基波角频率ω，对所述ω积分得到正序分量的相位角θ_p；

所述θ_p作为反馈输入到d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq中，所述ω经过比例运算器I乘以2得到ω'作为ANF单元的反馈，所述ω经过比例运算器II乘以1/(2π)得到并输出基波频率信号f。

进一步，所述ANF单元包括：

减法器III、减法器IV、乘法器I、乘法器II、乘法器III、比例放大器、积分器II、积分器III和反向器；

所述减法器III，将所述u_q减去积分器II输出的所述u_f，得到误差信号e；

所述乘法器Ⅰ，将所述e与所述ω'相乘得到eω'；

所述比例放大器，将所述eω'乘以比例系数2ξ，得到2ξeω'，其中ξ=0.707；

所述减法器IV，将所述2ξeω'减去所述乘法器III输出的ω'²x，得到状态变量x的二阶导数

所述积分器II，将所述进行积分得到并输出所述u_f；

所述积分器III，将所述u_f进行积分得到所述状态变量x；

所述乘法器II，将所述状态变量x与ω'相乘得到ω'x；

所述乘法器III，将所述乘法器II输出的所述ω'x与所述ω'相乘得到ω'²x；

所述反向器，将所述乘法器II输出的ω'x进行反向得到所述S_90°u_f。

进一步，所述u_a、u_b和u_c的表达式为：

$u_i=U_p\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3})+U_n\cos (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3}),$ 当i=a,b,c时，对应的k_i=0,1,2;

其中,U_p为正序分量的幅值，U_n为负序分量的幅值，φ_p为正序分量的初始相位角，φ_n为负序分量的初始相位角，ω为基波角频率。

进一步，所述α-β静止坐标系变换电路T_αβ通过式：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=T_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=U_p\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p)\\ \sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p)\end{array}\right]+U_n\left[\begin{array}{c}\cos (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\\ \sin (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\end{array}\right],$ 其中 $T_{\mathrm{\α\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right],$

将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β。

进一步，所述d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq通过式：

其中， $T_{\mathrm{dq}}=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_p& \sin {\mathrm{\θ}}_p\\ -{\sin \mathrm{\θ}}_p& \cos {\mathrm{\θ}}_p\end{array}\right],$ θ_p=ωt+φ_p，将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q。

进一步，所述负序分量提取单元，通过式：和θ_n=Phase(u_f+jS_90°u_f)+θ_p从所述u_f和S_90°u_f中提取负序分量的幅值U_n与相位角θ_n。

本发明提供的一种电网电压同步信号提取方法，包括步骤：

步骤1、将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β;

步骤2、将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q;

步骤3、提取所述u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f；

步骤4、从所述u_f和S_90°u_f中提取并输出负序分量的幅值U_n与相位角θ_n;

步骤5、将所述u_d与S_90°u_f相减，得到并输出正序分量的幅值U_p;

步骤6、将所述u_q与u_f相减得到误差信号ε，对所述ε进行PI调节得到基波角频率ω，对所述ω积分得到正序分量的相位角θ_p；

步骤7、所述θ_p作为反馈输入到步骤2中，所述ω乘以2得到ω'作为步骤3的反馈，所述ω乘以1/(2π)得到并输出基波频率信号f。

进一步，所述u_a、u_b和u_c的表达式为：

$u_i=U_p\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3})+U_n\cos (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3}),$ 当i=a,b,c时，对应的k_i=0,1,2;

其中,U_p为正序分量的幅值，U_n为负序分量的幅值，φ_p为正序分量的初始相位角，φ_n为负序分量的初始相位角，ω为基波角频率。

进一步，所述步骤1通过式：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=T_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=U_p\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p)\\ \sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p)\end{array}\right]+U_n\left[\begin{array}{c}\cos (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\\ \sin (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\end{array}\right],$ 其中 $T_{\mathrm{\α\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right],$

将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β。

进一步，所述步骤2通过式：

其中， $T_{\mathrm{dq}}=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_p& \sin {\mathrm{\θ}}_p\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_p& \cos {\mathrm{\θ}}_p\end{array}\right],$ θ_p=ωt+φ_p，将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q。

本发明的有益效果：

本发明的电网电压同步信号提取装置采用ANF-PLL结构，其是在SRF-PLL结构的基础上，通过添加ANF单元，利用ANF单元的输出量抵消电网电压不对称时负序分量引起的2倍工频波动量，以此消除电网电压不对称对同步信号提取的影响，同时本发明的电网电压同步信号提取装置同时能够提取出负序分量，并且具有频率自适应性。本发明的电网电压同步信号提取装置无需负序解耦或瞬时对称分量分离，只需要一个d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq和一个ANF非线性单元，在单同步参考坐标系下实现了基波正负序分量的分离提取，与同类装置DDSRF-PLL与DSGOI-FLL相比，具有在结构上更加简单、运算量更小的优势。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明提供的电网电压同步信号提取装置的实施例的结构示意图；

图2是图1中的ANF单元的实施例的结构示意图；

图3a是输入电压发生单相跌落时本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的电压基波频率的实验波形图；

图3b是输入电压发生单相跌落时本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的电压正负序分量的幅值与相位角的实验波形图；

图4a是输入电压发生两相跌落时本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的电压基波频率的实验波形图；

图4b是输入电压发生两相跌落时本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的电压正负序分量的幅值与相位角的实验波形图；

图5a是输入不对称电压发生频率跳变时本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的电压基波频率的实验波形图；

图5b是不对称输入电压发生频率跳变时本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的电压正负序分量的幅值与相位角的实验波形图。

具体实施方式

请参考图1，是本发明提供的电网电压同步信号提取装置的实施例的结构示意图。其包括：α-β静止坐标系变换电路T_αβ1，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq2，ANF单元3，负序分量提取单元4，减法器I5，减法器II6，PI调节器7，积分器I8，比例运算器I9和比例运算器II10。

其中，α-β静止坐标系变换电路T_αβ，主要用于将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β。

具体的，u_a、u_b和u_c可以表示为： $u_i=U_p\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3})+U_n\cos (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3});$ 其中，当i=a,b,c时，对应的k_i=0,1,2;U_p为正序分量的幅值，U_n为负序分量的幅值，φ_p为正序分量的初始相位角，φ_n为负序分量的初始相位角，ω为基波角频率。

具体的，α-β静止坐标系变换电路T_αβ通过下述中的式（一）将u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β。

式（一）：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=T_{\mathrm{\α\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=U_p\left[\begin{array}{c}\cos (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p)\\ \sin (\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_p)\end{array}\right]+U_n\left[\begin{array}{c}\cos (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\\ \sin (-\mathrm{\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\end{array}\right],$ 其中 $T_{\mathrm{\α\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right].$

其中，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，主要用于将α-β静止坐标系变换电路T_αβ输出的u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q。

具体的，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq可以通过式（二）将u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q。

式（二）：

，其中， $T_{\mathrm{dq}}=\left[\begin{array}{cc}\cos {\mathrm{\θ}}_p& \sin {\mathrm{\θ}}_p\\ -\sin {\mathrm{\θ}}_p& \cos {\mathrm{\θ}}_p\end{array}\right],$ θ_p=ωt+φ_p。

其中，ANF单元，用于提取u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f。

具体的，如图2所示，ANF单元3主要包括：减法器III31、减法器IV32、乘法器I33、乘法器II34、乘法器III35、比例放大器36、积分器II37、积分器III38和反向器39。

进一步，减法器III，将u_q减去积分器II输出的u_f，得到误差信号e；乘法器Ⅰ将e与ω'相乘得到eω'；比例放大器，将eω'乘以比例系数2ξ，得到2ξeω'，其中ξ=0.707；减法器IV，将2ξeω'减去乘法器III输出的ω'²x，得到状态变量x的二阶导数积分器II，将进行积分得到状态变量x的一阶导数，即u_f；积分器III，将u_f进行积分得到状态变量x；乘法器II，将状态分量x与ω'相乘得到ω'x；乘法器III，将乘法器II输出的ω'x与ω'相乘得到ω'²x；反向器，将乘法器II输出的ω'x进行反向得到S_90°u_f。

由上可知，当ANF单元的输入为：ω'=2ω时，ANF单元的输出量为

其中，负序分量提取单元，从u_f和S_90°u_f中提取并输出负序分量的幅值U_n与相位角θ_n。

具体的，负序分量提取单元，通过式：和θ_n=Phase(u_f+jS_90°u_f)+θ_p从u_f和S_90°u_f中提取负序分量的幅值U_n与相位角θ_n。

其中，减法器I，将u_d与S_90°u_f相减，得到并输出正序分量的幅值U_p。

其中，减法器II、PI调节器和积分器I顺序连接，分别将u_q与u_f相减得到误差信号ε，对ε进行PI调节得到基波角频率ω，对ω积分得到正序分量的相位角θ_p。θ_p作为反馈输入到d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq中，ω经过比例运算器I乘以2得到ω'作为ANF单元的反馈，ω经过比例运算器II乘以1/(2π)得到并输出基波频率信号f。

下面结合实验说明本发明的优点，实验结果中将电压值311V记为标称值1pu，电压幅值刻度采取0.625pu/格，相位角刻度采取5rad/div，频率输出减去了50Hz的基值，0代表50Hz，频率刻度采取5Hz/div。

输入电压发生单相跌落的实验条件为：输入电压对称时，三相电压幅值为u_a=u_b=u_c=311V；输入电压发生单相跌落时，C相短路接地，即u_a=u_b=311V，u_c=0V，三相电压为不对称的。输入电压的基波频率为50Hz。图3a为输入电压发生单相跌落时采用本发明实施例的同步信号提取装置提取出的基波频率；图3b为输入电压发生单相跌落时采用本发明实施例的同步信号提取装置提取出的输入电压正负序分量的幅值与相位角。

输入电压发生两相跌落的实验条件为：输入电压对称时，三相电压幅值为u_a=u_b=u_c=311V；输入电压发生两相跌落时，B、C两相电压幅值跌落50%，即u_a=311V，u_b=u_c=155.5V，三相电压为不对称的。输入电压的基波频率为50Hz。图4a为输入电压发生两相跌落时采用本发明实施例的同步信号提取装置提取出的基波频率；图4b输入电压发生两相跌落时采用本发明实施例的同步信号提取装置提取出的输入电压正负序分量的幅值与相位角。

输入不对称电压发生频率跳变的实验条件为：三相输入电压为不对称时，各相电压幅值为u_a=311V，u_b=233.25V，u_c=155.5V；输入电压的基波频率由50Hz跳变到55Hz。图5a为输入不对称电压发生频率跳变时采用本发明实施例的同步信号提取装置提取出的基波频率；图5b为输入不对称电压发生频率跳变时采用本发明实施例的电网电压同步信号提取装置提取出的输入电压正负序分量的幅值与相位角。

从上述实验结果可以说明：采用本发明的电网电压同步信号提取装置能够在电网电压不对称的情况下，消除负序分量对同步信号提取的影响，快速、准确地提取电网电压的基波频率以及正负序分量的幅值与相位角，并且具有频率自适应性。

本发明还提供了一种电网电压同步信号提取方法，包括步骤：

步骤1、将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β;

步骤2、将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q;

步骤3、提取所述u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f；

步骤4、从所述u_f和S_90°u_f中提取并输出负序分量的幅值U_n与相位角θ_n;

步骤5、将所述u_d与S_90°u_f相减，得到并输出正序分量的幅值U_p;

步骤6、将所述u_q与u_f相减得到误差信号ε，对所述ε进行PI调节得到基波角频率ω，对所述ω积分得到正序分量的相位角θ_p；

步骤7、所述θ_p作为反馈输入到步骤2中，所述ω乘以2得到ω'作为步骤3的反馈，所述ω乘以1/(2π)得到并输出基波频率信号f。

上述方法步骤的具体细节已在装置中说明，在此不赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种电网电压同步信号提取装置，其特征在于：包括：α-β静止坐标系变换电路T_αβ，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，自适应陷波器ANF单元，负序分量提取单元，减法器I，减法器II，PI调节器，积分器I，比例运算器I和比例运算器II；

其中，所述α-β静止坐标系变换电路T_αβ，将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β；所述u_a、u_b和u_c的表达式为： $u_i=U_{p}cos(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_p-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3})+U_{n}cos(-\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_n-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3}),$ 当i＝a,b,c时，对应的k_i＝0,1,2；

其中,U_p为正序分量的幅值，U_n为负序分量的幅值，φ_p为正序分量的初始相位角，φ_n为负序分量的初始相位角，ω为基波角频率；

所述d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q；

所述ANF单元，提取所述u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f；

所述负序分量提取单元，从所述u_f和S_90°u_f中提取并输出负序分量的幅值U_n与相位角θ_n；所述负序分量提取单元，通过式：和θ_n＝Phase(u_f+jS_90°u_f)+θ_p从所述u_f和S_90°u_f中提取负序分量的幅值U_n与相位角θ_n；

所述减法器I，将所述u_d与S_90°u_f相减，得到并输出正序分量的幅值U_p；

所述减法器Ⅱ、PI调节器和积分器I顺序连接，分别将所述u_q与u_f相减得到误差信号ε，对所述ε进行PI调节得到基波角频率ω，对所述ω积分得到正序分量的相位角θ_p；

所述θ_p作为反馈输入到d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq中，所述ω经过比例运算器I乘以2得到ω'作为ANF单元的反馈，所述ω经过比例运算器II乘以1/(2π)得到并输出基波频率信号f。

2.如权利要求1所述的电网电压同步信号提取装置，其特征在于：所述ANF单元包括：

减法器III、减法器IV、乘法器I、乘法器II、乘法器III、比例放大器、积分器II、积分器III和反向器；

所述减法器III，将所述u_q减去积分器II输出的所述u_f，得到误差信号e；

所述乘法器Ⅰ，将所述e与所述ω'相乘得到eω'；

所述比例放大器，将所述eω'乘以比例系数2ξ，得到2ξeω'，其中ξ＝0.707；

所述减法器IV，将所述2ξeω'减去所述乘法器III输出的ω^'2x，得到状态变量x的二阶导数x&&；

所述积分器II，将所述x&&进行积分得到并输出所述u_f；

所述积分器III，将所述u_f进行积分得到所述状态变量x；

所述乘法器II，将所述状态变量x与ω'相乘得到ω'x；

所述乘法器III，将所述乘法器II输出的所述ω'x与所述ω'相乘得到ω^'2x；

所述反向器，将所述乘法器II输出的ω′x进行反向得到所述S_90°u_f。

3.如权利要求2所述的电网电压同步信号提取装置，其特征在于：

所述α-β静止坐标系变换电路T_αβ通过式：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=U_p\left[\begin{array}{c}cos(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_p)\\ sin(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_p)\end{array}\right]+U_n\left[\begin{array}{c}cos(-\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_n)\\ sin(-\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_n)\end{array}\right],$ 其中 $T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right],$

将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β。

4.一种电网电压同步信号提取方法，其特征在于：包括步骤：

步骤1、将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β；所述u_a、u_b和u_c的表达式为： $u_i=U_{p}cos(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_p-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3})+U_{n}cos(-\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_n-k_i\frac{2\mathrm{\π}}{3}),$ 当i＝a,b,c时，对应的k_i＝0,1,2；

其中,U_p为正序分量的幅值，U_n为负序分量的幅值，φ_p为正序分量的初始相位角，φ_n为负序分量的初始相位角，ω为基波角频率；

步骤2、将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q；

步骤3、提取所述u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f；

步骤4、从所述u_f和S_90°u_f中提取并输出负序分量的幅值U_n与相位角θ_n；

步骤5、将所述u_d与S_90°u_f相减，得到并输出正序分量的幅值U_p；

步骤6、将所述u_q与u_f相减得到误差信号ε，对所述ε进行PI调节得到基波角频率ω，对所述ω积分得到正序分量的相位角θ_p；

步骤7、所述θ_p作为反馈输入到步骤2中，所述ω乘以2得到ω'作为步骤3的反馈，所述ω乘以1/(2π)得到并输出基波频率信号f。

5.如权利要求4所述的电网电压同步信号提取方法，其特征在于：所述步骤1通过式：

$\left[\begin{array}{c}{u}_{\mathrm{\α}}\\ u_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right]=U_p\left[\begin{array}{c}cos(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_p)\\ sin(\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_p)\end{array}\right]+U_n\left[\begin{array}{c}cos(-\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_n)\\ sin(-\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\φ}}_n)\end{array}\right],$ 其中 $T_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right],$

将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β。