CN104868909B - 一种基于电压正交谐振器qr无静差的锁频锁相环及其测量方法 - Google Patents
一种基于电压正交谐振器qr无静差的锁频锁相环及其测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104868909B CN104868909B CN201510297819.3A CN201510297819A CN104868909B CN 104868909 B CN104868909 B CN 104868909B CN 201510297819 A CN201510297819 A CN 201510297819A CN 104868909 B CN104868909 B CN 104868909B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- phase
- orthogonal
- phases
- under
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本文公开了一种基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环及其测量方法，其特征是包括：CLARKE变换模块、α相电压正交谐振器QRα、β相电压正交谐振器QRβ、包含I调节器和γ相电压正交谐振器QRγ的锁频环FLL、电压正负序分量计算器PNSC、负序幅值测量单元NMMU以及包含PARK变换模块和PI调节器的单同步锁相环SRF‑PLL。本发明能无静差自适应地跟随和估算电网电压信号的实际角频率，从而准确地分离出电压正负序分量。
Description
技术领域
本专利属于分布式发电领域，具体地说是一种基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环及其测量方法，适用于电网电压不平衡和谐波畸变的场合。
背景技术
电网的单相、两相接地故障会使电网电压出现不平衡现象，电气化铁道的单相供电工况、厂矿用大功率拖动变流器所使用的不控整流方式会使得电网电压出现谐波畸变现象。用电负荷和发电功率的不平衡会造成电网频率的波动。
分布式发电的矢量控制系统往往需要获取三相电网电压信号的角频率和相角信息，才能在同步旋转坐标系上实现有功功率和无功功率的独立控制。
在电网故障情况下，有多种锁相环可以检测正序电压相角和估算电压正负序分量幅值信息。双同步解耦锁相环(Decoupled Double Synchronous Reference Frame PLLfor Power Converters Control[J].IEEE Transactions on Power Electronics,2000,22(2):584-592.)适用于电网电压不平衡故障，但是低通滤波器的引入，降低了系统的动态性能，且在谐波状况下相角畸变。基于电压正交谐振器QR(传统)的锁相环(New Positive-sequence Voltage Detector Synchronization of Power Converter under FaultyGrid Conditions[C].Power Electronics Specialists Conference,2006.PESC,06.37thIEEE)适用于电网电压不平衡和电网谐波状况下，却没有独立的角频率环，所以导致电网角频率跳变时不能快速地检测电网电压角频率的问题。
发明内容
本发明是针对现有技术存在的缺点，提出一种基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环及其测量方法，以期能无静差自适应地跟随和估算电网电压信号的实际角频率，从而准确地分离出电压正负序分量。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环的特点是包括：CLARKE变换模块、α相电压正交谐振器QRα、β相电压正交谐振器QRβ、包含I调节器和γ相电压正交谐振器QRγ的锁频环FLL、电压正负序分量计算器PNSC、负序幅值测量单元NMMU以及包含PARK变换模块和PI调节器的单同步锁相环SRF-PLL；所述锁频锁相环通过模数转换模块ADC和电压传感器获取电网电压信号。
本发明一种所述的基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环的测量方法的特点是按如下步骤进行：
步骤一、记采样周期为Ts、采样次数为k；则当前采样时刻为tk；前一采样时刻为tk-1，后一采样时刻为tk+1，k≥1；
初始化k＝1；则设定初始采样时刻下的估算角频率为ω′k-1，正序电压相角为θk-1；
步骤二、利用所述电压传感器检测所述电网的AB相模拟电压信号uab和BC相模拟电压信号ubc，并传递给所述模数转换模块ADC转换为当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号
步骤三、所述CLARKE变换模块利用式(1)将所述当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号变换为α相数字电压信号和β相数字电压信号
步骤四、将所述当前采样时刻tk下的α相数字电压信号输入到所述α相电压正交谐振器QRα中生成α相超前微分电压信号α相同步电压信号α相正交滞后积分电压信号和α相正交滞后电压信号
将所述当前采样时刻tk下的β相数字电压信号输入到所述β相电压正交谐振器QRβ中生成β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号
将所述当前采样时刻tk下的α相正交滞后电压信号输入到所述γ相电压正交谐振器QRγ中生成γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号和γ相正交滞后电压信号
步骤五、将当前采样时刻tk下的α相超前微分电压信号α相正交滞后积分电压信号α相正交滞后电压信号γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号γ相正交滞后电压信号输入到锁频环FLL中并利用式(2)生成当前采样时刻tk下的锁频环FLL的输入信号
式(2)中，ω′k-1表示前一采样时刻tk-1下的估算角频率；
步骤六、利用式(3)获得当前采样时刻tk下的锁频环FLL的角频率偏差信号
式(3)中，表示当前采样时刻tk下的补偿系数；ω表示所述电网电压的实际角频率；
步骤七、将所述当前采样时刻tk下的角频率偏差信号输入到所述I调节器中获得当前采样时刻tk下的估算角频率ω′k；
步骤八、所述电压正负序分量计算器PNSC利用式(4)分离出当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量以及α相电压负序分量和β相电压负序分量
步骤九、所述负序幅值测量单元NMMU利用式(5)估算电压负序分量幅值
步骤十、将所述当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量输入到所述单同步锁相环SRF-PLL中，从而估算出当前采样时刻tk下的正序电压相角θk和电压正序分量幅值
步骤十一、将k+1赋值给k，并返回步骤二顺序执行；从而估算出k次采样时刻下的正序电压相角和电压正序分量幅值。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明通过锁频锁相环获得α相超前微分电压信号、α相正交滞后积分电压信号、α相正交滞后电压信号、γ相超前微分电压信号、γ相正交滞后积分电压信号、γ相正交滞后电压信号以及前一采样时刻下的估算角频率来生成当前采样时刻下的锁频环FLL的输入信号，提高了电网电压信号角频率的测量准确度。
2、本发明利用正余弦的平方和为1的原理，通过增加一个γ相电压正交谐振器消除了锁频环FLL输入信号的二倍频震荡，从而避免了估算角频率的二倍频震荡问题。
3、本发明在锁频环FLL的输入信号上乘以一个补偿系数，即使电网电压发生跌落或骤升故障，锁频环也不受影响，增强了锁频环对电网电压幅值变化的抗扰动能力。
4、本发明在锁频环FLL中使用I调节器，在电网电压频率跳变时，I调节器的积分作用能快速地消除角频率静差，即使在恶劣的电网环境下也能快速准确无静差地估算电网电压角频率，从而消除了电压正负序分离过程中的误差。
5、本发明无静差地估算电网电压角频率，既避免了对α相正交滞后电压信号和β相正交滞后电压信号幅值的衰减作用，又消除了频率偏差造成的α相同步电压信号、α相正交滞后电压信号、β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号相位的延迟效应，从而确保准确地完成分离电压正负序分量和锁相过程。
附图说明
图1为本发明基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环的结构框图；
图2为本发明基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环具体实现框图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中，基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环的测量方法中的锁频锁相环包括：CLARKE变换模块、α相电压正交谐振器QRα、β相电压正交谐振器QRβ、包含I调节器和γ相电压正交谐振器QRγ的锁频环FLL、电压正负序分量计算器PNSC、包含PARK变换模块和PI调节器的单同步锁相环SRF-PLL以及负序幅值测量单元NMMU；该锁频锁相环通过电压传感器和模数转换模块ADC获取电网电压信号；锁频锁相环在αβ坐标系上通过α相电压正交谐振器QRα、β相电压正交谐振器QRβ产生电压正交信号以分离电压正序分量和电压负序分量；电压正交谐振器的谐振角频率由估算角频率ω′k设定；基于电压正序分量采用单同步锁相环SRF-PLL进行锁相和估算电压正序分量幅值，基于电压负序分量利用负序幅值测量单元NMMU估算电压负序分量幅值。
如图2所示，一种基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环的测量方法是按如下步骤进行：
步骤一、记采样周期为Ts、采样次数为k；则当前采样时刻为tk；前一采样时刻为tk-1，后一采样时刻为tk+1，k≥1；
初始化k＝1；设定初始采样时刻下的估算角频率为ω′k-1＝100π，正序电压相角为θk-1＝0；
步骤二、利用电压传感器检测电网的AB相模拟电压信号uab和BC相模拟电压信号ubc，并传递给模数转换模块ADC转换为当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号
步骤三、为了在αβ坐标系上分离出电网电压信号中的正负序分量，CLARKE变换模块利用式(1)将当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号变换为αβ坐标系上的α相数字电压信号和β相数字电压信号
步骤四、将当前采样时刻tk下的α相数字电压信号输入到α相电压正交谐振器QRα中生成α相超前微分电压信号α相同步电压信号α相正交滞后积分电压信号和α相正交滞后电压信号其中α相超前微分电压信号α相正交滞后积分电压信号和α相正交滞后电压信号用来生成锁频环的输入信号α相同步电压信号和α相正交滞后电压信号用于分离电压正负序分量；
将当前采样时刻tk下的β相数字电压信号输入到β相电压正交谐振器QRβ中生成β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号用于分离电压正负序分量；
将当前采样时刻tk下的α相正交滞后电压信号输入到γ相电压正交谐振器QRγ中生成γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号和γ相正交滞后电压信号其中γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号和γ相正交滞后电压信号消除锁频环输入信号以两倍电网频率震荡；
步骤五、将当前采样时刻tk下的α相超前微分电压信号α相正交滞后积分电压信号α相正交滞后电压信号γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号γ相正交滞后电压信号输入到锁频环FLL中并利用式(2)生成当前采样时刻tk下的锁频环FLL的输入信号
式(2)中，ω′k-1表示前一采样时刻tk-1下的估算角频率，利用前一采样时刻tk-1下的估算角频率ω′k-1计算当前采样时刻tk下的估算角频率ω′k；
步骤六、利用式(3)获得当前采样时刻tk下的锁频环FLL的角频率偏差信号
式(3)中，表示当前采样时刻tk下的补偿系数，目的是消除电网电压幅值变化对锁频环FLL的扰动影响；ω表示电网电压的实际角频率；
步骤七、将当前采样时刻tk下的角频率偏差信号输入到I调节器中获得当前采样时刻tk下的估算角频率ω′k，I调节器的积分系数为λ；为了获得更快的角频率响应，I调节器的输出上要前馈电网电压信号的同步角速度100πrad/s，计算过程为式(4)：
当前采样时刻tk下的估算角频率ω′k反过来设定α相电压正交谐振器QRα、β相电压正交谐振器QRβ和γ相电压正交谐振器QRγ的谐振角频率；
步骤八、电压正负序分量计算器PNSC利用式(5)分离出当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量以及α相电压负序分量和β相电压负序分量
步骤九、负序幅值测量单元NMMU利用式(6)估算电压负序分量幅值
步骤十、将当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量输入到单同步锁相环SRF-PLL中的PARK变换模块，通过d轴上的PI调节器调节同步旋转坐标系旋转的快慢把电压正序分量定向在q轴正方向上，同时获取补偿相角Δθk，按照式(7)生成当前采样时刻tk下的正序电压相角θk，正序电压相角θk限幅在0到2π间，q轴分量为电压正序分量幅值
θk＝θk-1+ω′kTs+Δθk (7)
步骤十一、将k+1赋值给k，并返回步骤二顺序执行；从而估算出k次采样时刻下的电压相角和电压正序分量幅值。
Claims (2)
1.一种基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环，其特征是包括：CLARKE变换模块、α相电压正交谐振器QRα、β相电压正交谐振器QRβ、包含I调节器和γ相电压正交谐振器QRγ的锁频环FLL、电压正负序分量计算器PNSC、负序幅值测量单元NMMU以及包含PARK变换模块和PI调节器的单同步锁相环SRF-PLL；所述锁频锁相环通过模电压传感器获取电网电压信号，包括：AB相模拟电压信号uab和BC相模拟电压信号ubc，并通过模 数转换模块ADC转换为当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号
所述CLARKE变换模块将所述当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号变换为当前采样时刻tk下的α相数字电压信号和β相数字电压信号
所述α相电压正交谐振器QRα将所述当前采样时刻tk下的α相数字电压信号转换为当前采样时刻tk下的α相超前微分电压信号α相同步电压信号α相正交滞后积分电压信号和α相正交滞后电压信号
所述β相电压正交谐振器QRβ将所述当前采样时刻tk下的BC相数字电压信号转换为当前采样时刻tk下的β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号
所述γ相电压正交谐振器QRγ将所述当前采样时刻tk下的α相正交滞后电压信号转换为当前采样时刻tk下的γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号和γ相正交滞后电压信号
所述锁频环FLL将当前采样时刻tk下的α相超前微分电压信号α相正交滞后积分电压信号α相正交滞后电压信号γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号γ相正交滞后电压信号转换成当前采样时刻tk下的锁频环FLL的输入信号和角频率偏差信号
所述I调节器将所述当前采样时刻tk下的角频率偏差信号转换成当前采样时刻tk下的估算角频率ω′k；
所述电压正负序分量计算器PNSC从所述α相超前微分电压信号α相正交滞后电压信号β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号中分离出当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量以及α相电压负序分量和β相电压负序分量
所述负序幅值测量单元NMMU根据所述当前采样时刻tk下的α相电压负序分量和β相电压负序分量估算电压负序分量幅值
所述单同步锁相环SRF-PLL根据所述当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量估算出当前采样时刻tk下的正序电压相角θk和电压正序分量幅值
2.一种利用权利要求1所述的基于电压正交谐振器QR无静差的锁频锁相环的测量方法，其特征是按如下步骤进行：
步骤一、记采样周期为Ts、采样次数为k；则当前采样时刻为tk；前一采样时刻为tk-1，后一采样时刻为tk+1，k≥1；
初始化k＝1；则设定初始采样时刻下的估算角频率为ω′k-1，正序电压相角为θk-1；
步骤二、利用所述电压传感器检测所述电网的AB相模拟电压信号uab和BC相模拟电压信号ubc，并传递给所述模数转换模块ADC转换为当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号
步骤三、所述CLARKE变换模块利用式(1)将所述当前采样时刻tk下的AB相数字电压信号和BC相数字电压信号变换为α相数字电压信号和β相数字电压信号
步骤四、将所述当前采样时刻tk下的α相数字电压信号输入到所述α相电压正交谐振器QRα中生成α相超前微分电压信号α相同步电压信号α相正交滞后积分电压信号和α相正交滞后电压信号
将所述当前采样时刻tk下的β相数字电压信号输入到所述β相电压正交谐振器QRβ中生成β相同步电压信号和β相正交滞后电压信号
将所述当前采样时刻tk下的α相正交滞后电压信号输入到所述γ相电压正交谐振器QRγ中生成γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号和γ相正交滞后电压信号
步骤五、将当前采样时刻tk下的α相超前微分电压信号α相正交滞后积分电压信号α相正交滞后电压信号γ相超前微分电压信号γ相正交滞后积分电压信号γ相正交滞后电压信号输入到锁频环FLL中并利用式(2)生成当前采样时刻tk下的锁频环FLL的输入信号
式(2)中，ω′k-1表示前一采样时刻tk-1下的估算角频率；
步骤六、利用式(3)获得当前采样时刻tk下的锁频环FLL的角频率偏差信号
式(3)中，表示当前采样时刻tk下的补偿系数；ω表示所述电网电压的实际角频率；
步骤七、将所述当前采样时刻tk下的角频率偏差信号输入到所述I调节器中获得当前采样时刻tk下的估算角频率ω′k；
步骤八、所述电压正负序分量计算器PNSC利用式(4)分离出当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量以及α相电压负序分量和β相电压负序分量
步骤九、所述负序幅值测量单元NMMU利用式(5)估算电压负序分量幅值
步骤十、将所述当前采样时刻tk下的α相电压正序分量和β相电压正序分量输入到所述单同步锁相环SRF-PLL中，从而估算出当前采样时刻tk下的正序电压相角θk和电压正序分量幅值
步骤十一、将k+1赋值给k，并返回步骤二顺序执行；从而估算出k次采样时刻下的正序电压相角和电压正序分量幅值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510297819.3A CN104868909B (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种基于电压正交谐振器qr无静差的锁频锁相环及其测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510297819.3A CN104868909B (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种基于电压正交谐振器qr无静差的锁频锁相环及其测量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104868909A CN104868909A (zh) | 2015-08-26 |
| CN104868909B true CN104868909B (zh) | 2018-02-06 |
Family
ID=53914471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510297819.3A Active CN104868909B (zh) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | 一种基于电压正交谐振器qr无静差的锁频锁相环及其测量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104868909B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018157120A1 (en) | 2017-02-27 | 2018-08-30 | Magnetic Pumping Solutions, Llc | Sogi-based integrator, pll and current controller for grid connection and motor control |
| CN107271772B (zh) * | 2017-06-12 | 2019-06-25 | 南京工程学院 | 一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法 |
| CN110646665B (zh) * | 2019-08-26 | 2021-10-01 | 国网山东省电力公司莱芜供电公司 | 一种多逆变器电网的谐振检测方法、系统、终端及存储介质 |
| CN110702987B (zh) * | 2019-10-31 | 2022-01-07 | 科华恒盛股份有限公司 | 电网电压信号的正负序基波分量提取系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103592500A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-02-19 | 重庆大学 | 一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法及系统 |
| CN104158540A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 河北大学 | 一种三相数字锁相环及锁相方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2698920A1 (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-19 | ABB Technology AG | Phase-locked loop |
-
2015
- 2015-06-01 CN CN201510297819.3A patent/CN104868909B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103592500A (zh) * | 2013-11-22 | 2014-02-19 | 重庆大学 | 一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法及系统 |
| CN104158540A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 河北大学 | 一种三相数字锁相环及锁相方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104868909A (zh) | 2015-08-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107706929B (zh) | 基于最小方差滤波的自适应锁相环方法及系统 | |
| CN102401858A (zh) | 一种电网电压基波分量及谐波分量的检测方法 | |
| CN104868909B (zh) | 一种基于电压正交谐振器qr无静差的锁频锁相环及其测量方法 | |
| CN104181374B (zh) | 三相无中线系统电网电压的正负序分量的检测分离方法 | |
| CN101587147B (zh) | 一种同步相量测量装置进行相量修正的方法 | |
| Xiong et al. | A novel PLL for grid synchronization of power electronic converters in unbalanced and variable-frequency environment | |
| CN101509945B (zh) | 正负序电量实时检测的方法 | |
| CN103267897B (zh) | 一种基于反Park变换的三相锁相环 | |
| CN103399202B (zh) | 可变速抽水蓄能机组控制系统的锁相方法 | |
| CN104360137B (zh) | 一种适用于动态电压恢复器的电压暂降检测方法 | |
| CN110557118B (zh) | 一种锁相装置及锁相方法 | |
| CN102081114A (zh) | 一种基于瞬时对称分量法的dstatcom电流检测方法 | |
| CN101807918B (zh) | 基于同步坐标系的单相锁相环及其实现方法 | |
| CN101964655B (zh) | 一种平衡误差消除式的高精度数字锁相方法 | |
| CN107423261B (zh) | 非理想微电网条件下基于ovpr的正负序分量的分离方法 | |
| CN102221639A (zh) | 正负序电流实时检测的方法 | |
| CN107276220A (zh) | 一种基于Kalman滤波算法的电网信息观测系统和方法 | |
| CN102095915B (zh) | 一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置 | |
| CN104360156A (zh) | 一种电力系统频率偏移时信号相角的测量方法 | |
| Yan et al. | Double fundamental frequency PLL with second order generalized integrator under unbalanced grid voltages | |
| CN103353548A (zh) | 电网电压同步信号提取装置及方法 | |
| CN105738699A (zh) | 一种电网中基波正序电压提取及其相位锁定的方法 | |
| CN103078633A (zh) | 一种单相锁相环 | |
| CN103546149A (zh) | 一种三相电力系统的锁相方法 | |
| US20220214386A1 (en) | Grid voltage phase detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |