CN112531784A - 一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法 - Google Patents

一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，包括以下步骤：①逆变器通过采样电路对电网相电压进行采集，并通过DSP判断相序；②根据步骤①得到的相序，调整锁相策略，进行一次性锁相；③根据确定的相序，在不改变并网控制算法和反馈回路的情况下，只调整旋转坐标变换矩阵的方式，来实现逆变控制方法的调整。本发明对三相电网的相序适应速度快，可以在不改变原逆变器核心逆变控制算法和控制回路的情况下，实现正常的并网工作。

Description

一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法
技术领域
本发明涉及一种逆变控制方法，特别是一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法。
背景技术
三相电网有相序的区分，任意两条线对调，则电网相序就发生改变，并网设备，例如光伏并网逆变器在接入电网时，一般情况下需要先正确确定三相电网的相序，否则如果相序不对，将影响逆变器正常工作。实际应用中，如果现场调整电网相序，则费时费力，因此期望并网设备能自动识别电网相序，并根据实际电网相序自适应调整自身内部的控制方式，保证逆变器在任意电网相序接入情况下，都能正常并网工作，以大大提升逆变器的适应电网能力，减小现场不必要的工作，节省现场安装调试时间和成本。
文“并网逆变器的相序自适应控制研究”《机电工程》，Vol.30,No 12,Dec 2013,提出的相序自适应方法是先无法确定三相电网相序，而是用同步旋转变换方法，用试凑的方式确定相序，确定相序后，再重新调整锁相方式，并在逆变控制策略上还需根据相序差异，调整控制策略，缺点是试凑法比较耗时，无法快速判断相序，在实际应用中会影响逆变器的开机并网速度，另外控制策略会根据相序改变，软件逻辑复杂，维护成本高。
公开号为CN106872808A的《一种相序自适应的三相电压锁相环算法的制作方法》中国专利申请中，采用的也是与上面文献讲的方法类似，先无法确定相序，而是根据旋转变换的方法进行试凑，根据计算结果差异再判断相序，无法一次性锁相成功，在实际应用中比较耗时，无法满足并网设备快速并网的需求，并且该专利仅给出了锁相适应相序的方法，没有给出相序对并网控制策略造成的影响和调整策略。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法。它对三相电网的相序适应速度快，可以在不改变原逆变器核心逆变控制算法和控制回路的情况下，实现正常的并网工作。
本发明的技术方案：一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，其特点是，包括以下步骤：
①逆变器通过采样电路对电网相电压进行采集，并通过DSP判断相序；
②根据步骤①得到的相序，调整锁相策略，进行一次性锁相；
③根据确定的相序，在不改变并网控制算法和反馈回路的情况下，只调整旋转坐标变换矩阵的方式，来实现逆变控制方法的调整。
上述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法中，所述步骤①的具体方法是：
逆变器在不知道电网相序的情况下，将默认的接入逆变器电网端口的电网相电压Va、Vb、Vc利用采样电路采样到DSP或MCU中，并在DSP或MCU中对端口A的电压Va求导，如果电压Va的导数dVa/dt小于零，再判断电网相电压Vb的值是否大于电压Vc，若Vb>Vc，则电网相序为ABC的计数器C1累加1；若Vb<Vc，则电网相序为ACB的计数器C2累加1；如果判断C1的值大于设定的阈值，则认为相序为ABC，如果判断C2的值大于设定的阈值,则认为相序为ACB；同理，当电压Va的导数dVa/dt大于零时，如果判断C1的值大于设定的阈值，则认为相序为ACB，如果判断C2的值大于设定的阈值,则认为相序为ABC。设定的阈值优选为采样次数的一半。
前述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法中， 在电网没有N线接入的情况下，可以采样电网的线电压，再转换成相电压后进行相序判断。
前述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法中，所述步骤②中，如果判断相序是ABC，则在锁相和逆变控制过程中的
Figure 867962DEST_PATH_IMAGE001
坐标系转dq坐标系是，使用以下的坐标变换矩阵
Figure 785102DEST_PATH_IMAGE002
如果判断相序是ACB，则使用下面的坐标变换矩阵
Figure 564840DEST_PATH_IMAGE003
。
前述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法中，还包括：根据相序，调整正序分量提取方式，进一步改进锁相回路抗干扰能力；如果判断相序是ABC，则使用下面的正序分量提取公式
Figure 960049DEST_PATH_IMAGE004
如果判断相序是ACB，则使用下面的正序分量提取公式
Figure 712104DEST_PATH_IMAGE005
。
与现有技术相比，本发明改变了原先试凑的方式去确定相序，而是采用检测相电压，并以此快速判断出相序，并进行锁相策略的调整和逆变控制的调整，因此可以大幅缩短锁相时间，提高逆变器的开机速度。而且由于本发明的方法可以不改变逆变器的核心控制算法和控制回路，软件一致性好，维护成本也相对较低。
本发明专利能够在半个电网周期（10ms）内就能准确检测出电网相序，并根据检测的电网相序，立即调整锁相及逆变器控制的坐标变换矩阵，不会因电网相序错误对逆变器开机并网时间造成任何影响。
附图说明
图1是本发明的相电压采样示意图；
图2是本发明实施例中的锁相环原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，包括以下几个步骤。
第一步，逆变器通过采样电路对电网相电压进行采集，并通过DSP判断相序，具体原理如图1所示；
逆变器在不知道电网相序的情况下，将默认的接入逆变器电网端口的电网相电压Va、Vb、Vc利用采样电路采样到DSP或MCU中，并在DSP或MCU中对端口A的电压Va求导，如果电压Va的导数dVa/dt小于零，再判断电网相电压Vb的值是否大于电压Vc，若Vb>Vc，则电网相序为ABC的计数器C1累加1；若Vb<Vc，则电网相序为ACB的计数器C2累加1；如果判断C1的值大于设定的阈值，则认为相序为ABC，如果判断C2的值大于设定的阈值,则认为相序为ACB；同理，当电压Va的导数dVa/dt大于零时，如果判断C1的值大于设定的阈值，则认为相序为ACB，如果判断C2的值大于设定的阈值,则认为相序为ABC。设定的阈值优选为采样次数的一半，采样次数可以选择半个周期内的160次，判断可以用80个累计值，在Va的导数dVa/dt小于零的这个时间段，一共可以采样并判断160次，因此只要大于80，就肯定不会存在误判。
在电网没有N线接入的情况下，可以采样电网的线电压，再通过公式转换成相电压，对上述检测相序的方法没有影响。
第二步，根据得到的相序，调整锁相策略，进行一次性锁相；常规锁相环的原理如图2所示，如果判断相序是ABC，则在锁相过程中的
Figure 534567DEST_PATH_IMAGE001
坐标系转dq坐标系是，使用以下的坐标变换矩阵
Figure 801600DEST_PATH_IMAGE006
如果判断相序是ACB，则使用下面的坐标变换矩阵
Figure 500DEST_PATH_IMAGE007
。
其中
Figure 669379DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 662743DEST_PATH_IMAGE009
表示dq坐标系下的电压分量，
Figure 604023DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 341035DEST_PATH_IMAGE011
表示
Figure 864420DEST_PATH_IMAGE001
坐标系下的电压分量，
Figure 294264DEST_PATH_IMAGE012
表示锁相环输出的电网锁相角度。
第三步，根据确定的相序，在不改变并网控制算法和反馈回路的情况下，只调整旋转坐标变换矩阵的方式，来实现逆变控制方法的调整。对于三相逆变器控制，一般需要将ABC三相量用旋转坐标变换的方式变换到dq坐标系下进行控制设计，不同相序下的坐标变换矩阵调整方式与第二步一致。
第四步，根据相序，调整正序分量提取方式，进一步改进锁相回路抗干扰能力；如果判断相序是ABC，则使用下面的正序分量提取公式
Figure 535890DEST_PATH_IMAGE013
如果判断相序是ACB，则使用下面的正序分量提取公式
Figure 748696DEST_PATH_IMAGE014
。
其中
Figure 392167DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 727334DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 456255DEST_PATH_IMAGE017
表示各相的电压正序分量，
Figure 535070DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 33047DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 991645DEST_PATH_IMAGE020
表示电网相电压,
Figure 942283DEST_PATH_IMAGE021
表示相移延迟90度。
本发明的特点是，先判断相序，再根据相序调整锁相、坐标变换及正序分量提取方式等策略，优点是，相序适应速度快，不改变核心控制算法和控制回路，软件一致性好，维护成本低。

Claims (5)

1.一种三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
①逆变器通过采样电路对电网相电压进行采集，并通过DSP判断相序；
②根据步骤①得到的相序，调整锁相策略，进行一次性锁相；
③根据确定的相序，在不改变并网控制算法和反馈回路的情况下，只通过调整旋转坐标变换矩阵，就能实现逆变控制方法对电网相序的自适应调整。
2.根据权利要求1所述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，其特征在于；所述步骤①的具体方法是：
逆变器在不知道电网相序的情况下，将默认的接入逆变器电网端口的电网相电压Va、Vb、Vc利用采样电路采样到DSP或MCU中，并在DSP或MCU中对端口A的电压Va求导，如果电压Va的导数dVa/dt小于零，再判断电网相电压Vb的值是否大于电压Vc，若Vb>Vc，则电网相序为ABC的计数器C1累加1；若Vb<Vc，则电网相序为ACB的计数器C2累加1；如果判断C1的值大于设定的阈值，则认为相序为ABC，如果判断C2的值大于设定的阈值,则认为相序为ACB；同理，当电压Va的导数dVa/dt大于零时，如果判断C1的值大于设定的阈值，则认为相序为ACB，如果判断C2的值大于设定的阈值,则认为相序为ABC。
3.根据权利要求2所述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，其特征在于：
在电网没有N线接入的情况下，可以采样电网的线电压，再转换成相电压后进行相序判断。
4.根据权利要求1所述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，其特征在于：所述步骤②中，如果判断相序是ABC，则在锁相过程中的
Figure 506379DEST_PATH_IMAGE001
坐标系转dq坐标系是，使用以下的坐标变换矩阵
Figure 192575DEST_PATH_IMAGE002
如果判断相序是ACB，则使用下面的坐标变换矩阵
Figure 930724DEST_PATH_IMAGE003
。
5.根据权利要求1所述的三相电网相序自适应的锁相及逆变控制方法，其特征在于，还包括：根据相序，调整正序分量提取方式，进一步改进锁相回路抗干扰能力；如果判断相序是ABC，则使用下面的正序分量提取公式
Figure 309753DEST_PATH_IMAGE004
如果判断相序是ACB，则使用下面的正序分量提取公式
Figure 500563DEST_PATH_IMAGE005
。
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