CN107623522A - 一种基于d‑q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法 - Google Patents
一种基于d‑q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于d‑q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法,属于电力系统运行控制方法技术领域。包括以下步骤：步骤A：将a,b,c三相电压采样值Ua,Ub和Uc通过Clark变换得到电压Uα,Uβ；步骤B:然后将uα，uβ分别送入两个SOGI结构，提取电网电压正序分量和步骤C：再对电网电压正序分量进行滤波；步骤D：最后将滤波后的电网电压正序分量和送入基于d‑q坐标系的锁相环，作为锁相环的参考基准。系统通过采用双二阶广义积分和标准的三相锁相环有效地过滤电网电压负序分量，从而提取出电网电压正序分量，达到精确检测电网电压正序分量的相位的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环，系统通过采用双二阶广义积分和标准的三相锁相环有效地过滤电网电压负序分量，从而提取出电网电压正序分量，达到精确检测电网电压正序分量的相位的目的，属于电力系统运行控制方法技术领域。
背景技术
全球面临化石能源日益紧张，气候变暖的严峻形势，世界各国比以往任何时候都渴求可持续绿色替代能源，因此光伏发电、风力发电等新能源发电系统得到了长足发展。在并网发电系统中，需要实时检测电网的相位和频率以控制并网逆变器，使其输出电流与电网电压相位及频率保持同步，即同步锁相。同步锁相是并网系统一项关键的技术，其控制精确度直接影响到系统的并网运行性能。尤其当电网电压不平衡时，并网逆变器的控制策略尤为重要。电网电压相位等信息是并网逆变器的参考基准，锁相环((PLL)是当前使用最广泛的相位检测方法，对于整个光伏并网控制系统至关重要。因而，锁相环结构的研究具有重要意义。
三相PWM并网变流器以其电压利用率高，功率因数可调等优点得到了广泛应用。这对实时检测电压幅值、相角、频率的锁相环电路的准确性、快速性和鲁棒性提出了更高的要求。在三相锁相环电路中，应用最广泛的是单同步旋转坐标系锁相环(SSRF-PLL).传统的单同步旋转坐标系锁相环实现简单，在电网电压平衡，没有畸变的情况下，锁相精确、动态响应迅速。而当电网电压不平衡，存在谐波时，这种方法难以获得令人满意的锁相性能。为了改善电压不平衡和进网电压存在谐波时的系统锁相性能，需要对锁相环结构进行一定改进，传统方法有:1)、基于对称分量的锁相环方法是对三相不平衡电压的正序分量进行提取，从而有效抑制负序分量对系统的影响，但是这种方法加入了全通滤波器，频率适应性不足。2)、基于双同步坐标系解祸的锁相环方法是对进网电压的正序分量和负序分量进行解藕，分别在两个旋转坐标系下控制，从而改善锁相性能；但是这种方法实现复杂，参数设计困难。
如申请号为201510113101.4的专利公开了一种三相电压不对称情况下数字锁相方法，包括如下步骤:第一步，将a,b,c三相电压采样值ua[n],ub[n],uc[n〕通过Clark变换得到电压Vα[n],Vβ[n]；第二步，将电压值Vα[n],Vβ[n]通过Park变换得到电压Vd[n],Vq[n]；第三步，将Park变换得到的电压Vq[n]经过数字低通滤波器送入数字PI环节；第四步，将数字PI环节的输出与基准频率相加后进行数字积分；第五步，将数字积分得到的a相电压相位送入Park变换进行闭环调节，计算电网电压相位。
如申请号为201510212288.3的专利公开了一种快速自适应全数字锁相环及方法，该锁相环包括数字鉴相器、数字滤波器、数控振荡器和自适应控制器，其中数字鉴相器对输入信号ui与反馈到锁相环输入端的输出信号uo进行鉴相，并将反映输入与输出信号的相位误差信号e分别送给数字滤波器和自适应控制器，自适应控制器根据输入信号频率的变化和相位误差信号产生相应的控制信号c送数字滤波器，数字滤波器接收相位误差和控制信号后可实时改变其内部参数，并产生控制信号N，通过数控振荡器自动调节锁相环输出信号的频率和相位，使全数字锁相环能够实现快速锁定。
发明内容
针对以上所述的问题，本发明的目的是提供一种基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环(DSOGI一SPLL)控制方法，系统通过采用两个二阶广义积分(SOGl)单元来快速，精确地提取出电网电压正序分量，将得到的正序分量作为锁相环的参考基准。
本发明的技术方案：
为了达到上述发明目的，本发明技术方案是：
一种基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将a,b,c三相电压采样值Ua,Ub和Uc通过Clark变换得到电压Uα,Uβ；
步骤B:然后将uα，uβ分别送入两个SOGI结构，提取电网电压正序分量和
步骤C：再对电网电压正序分量进行滤波；
步骤D：最后将滤波后的电网电压正序分量和送入基于d-q坐标系的锁相环，作为锁相环的参考基准。
在步骤(1)中a,b,c坐标系的电网电压可表示为：
其中，U0为电网电压的三相平衡电压幅值，ω0为基波角频率，设a相电压初始相角为0。
其中在步骤A中的Clark变换采用如下式：
其次，对式(2)进行park变换，得
由式(3)可知，在未锁相时，ud、uq均为交流分量，ud表示有功分量，uq表示无功分量，Δθ＝ωt-θ为相角误差(ωt为电网电压相角，θ为锁相环输出相角)，当Δθ≈0时，即完成锁相功能。
三相电压正序分量为
式中，
得到
式中，
从而得到电网电压正序分量为
本发明的工作原理：
首先，电网电压利用SOGI结构进行相序分离，得到电网电压正分量；再将正序分量进行滤波；最后将滤波后的正序分量送入锁相环，进行锁相。
本发明的优越性和技术效果在于：针对光伏并网系统中的传统锁相环在电网电压不平衡的情况下存在的锁相精度不高的问题，提出了一种能快速、精确地提取电网电压相位的一种双二阶广义积分锁相环(DSOGI一SPLL)。系统通过采用双二阶广义积分和标准的三相锁相环有效地过滤电网电压负序分量，从而提取出电网电压正序分量，达到精确检测电网电压正序分量的相位的目的。该锁相环能够向并网逆变器提供更精确的控制基准，提高并网发电系统并网的稳定性和有效性。
附图说明
附图1为d-q旋转变换电压矢量图；
附图2 d-q锁相环原理图；
附图3 SOGI结构图；
附图4新型锁相环结构图。
具体实施方式
实施例：一种基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环(DSOGI-SPLL)(见图4)，电网电压uabc首先通过Clark变换模块得到αβ坐标系下的uαβ，然后将得到的uα，uβ分别送入两个SOGI结构，提取电网电压正序分量和再电网电压正序分量送入两个滤波模块进行滤波，最后将滤波后的电网电压正序分量和送入基于d-q坐标系的锁相环，作为锁相环的参考基准。
该锁相环控制方法至少包括以下步骤：
步骤A：电网电压uabc首先进行Clark变换得到αβ坐标系下的uαβ；
步骤B:然后将uα，uβ分别送入两个SOGI结构，提取电网电压正序分量和
步骤C：再对电网电压正序分量进行滤波；
步骤D：最后将滤波后的电网电压正序分量和送入基于d-q坐标系的锁相环，作为锁相环的参考基准。
由图1，图2可知，在步骤(1)中a,b,c坐标系的电网电压可表示为：
其中，U0为电网电压的三相平衡电压幅值，ω0为基波角频率，设a相电压初始相角为0。
其中在步骤A中的Clark变换采用如下式：
其次，对式(2)进行park变换，得
由式(3)可知，在未锁相时，ud、uq均为交流分量，ud表示有功分量，uq表示无功分量，Δθ＝ωt-θ为相角误差(ωt为电网电压相角，θ为锁相环输出相角)，当Δθ≈0时，即完成锁相功能。
一方面，电网电压不平衡时，电网电压含有负序分量。另一方面，分析表明，电压不平衡会使得q相电压含有2倍频分量，需要进行滤波处理。系统采用SOGI结构实现相序分离和滤波功能，其结构图如图3所示。
一般三相电压正序分量为
式中，
得到
式中，
从而得到电网电压正序分量为
该双二阶广义积分锁相环方法相对于传统方法具有实现简单，且具有更快的响应速度和更高的准确性等优点。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (4)
1.一种基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：将a,b,c三相电压采样值Ua,Ub和Uc通过Clark变换得到电压Uα,Uβ；
步骤B:然后将uα，uβ分别送入两个SOGI结构，提取电网电压正序分量和
步骤C：再对电网电压正序分量进行滤波；
步骤D：最后将滤波后的电网电压正序分量和送入基于d-q坐标系的锁相环，作为锁相环的参考基准。
2.根据权利要求1所述的基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法,其特征在于：在步骤(1)中a,b,c坐标系的电网电压可表示为：
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其中，U0为电网电压的三相平衡电压幅值，ω0为基波角频率，设a相电压初始相角为0。
3.根据权利要求1所述的基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法,其特征在于：在步骤A中的Clark变换采用如下式：
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其次，对式(2)进行park变换，得
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由式(3)可知，在未锁相时，ud、uq均为交流分量，ud表示有功分量，uq表示无功分量，Δθ＝ωt-θ为相角误差(ωt为电网电压相角，θ为锁相环输出相角)，当Δθ≈0时，即完成锁相功能。
4.根据权利要求1所述的基于d-q变换的双二阶广义积分锁相环控制方法,其特征在于：电网电压正序分量通过下式得到
三相电压正序分量为
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