CN113098496B - 一种锁相方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的锁相方法及系统，方法包括：结合第一相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，结合第二相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到补偿相角，将待锁相的电气参量的角频率进行滤波，以抑制电压振荡，利用补偿相角对将滤波后的角频率进行积分得到的积分相角进行补偿，实现待锁相的电气参量与理想电压源之间的相位差，从而得到待锁相的电气参量的角频率及相角。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统、弱电网接入、新能源接入领域，具体涉及一种锁相方法及系统。
背景技术
为使VSC系统与电网保持同步，通常需要利用锁相环PLL检测VSC交流系统并网点(point of common coupling，PCC)的电压VPCC相位，并利用其估计的相位生成VSC矢量控制的参考坐标系。V.Kaura和V.Blasko于1997年首次提出基于dq同步坐标变换的三相同步锁相环(synchronous reference frame phase locked loop，SRF-PLL)，这是一种结构简单、应用广泛和具有代表性的典型锁相环。图1所示SRF-PLL的控制结构框图。然而这种锁相环应用在VSC弱电网接入，特别是当弱电网本身存在频率谐振点的情况下，会出现电压振荡现象。具体地，如图2所示，当图1的锁相环接入弱电网时，图1中锁相环输出的角频率(角速度)信号ω是在工频314.1593rad/s上下振荡的，如图3。这是因为锁相环是以PCC点的电压为输入信号的，PCC点的电压受到如图4所示的VSC输出电压和LC串补之间的振荡电压，以及电网电压us三者的影响，虽然VSC与LC串补之间存在电压振荡，而us的频率始终是314.1593rad/s。所以图3中锁相环输出的频率信号中包含不变的314.1593rad/s分量。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的传统的锁相环接入弱电网时，因弱电网系统谐振频率与锁相环频率响应特性耦合会产生电压振荡缺陷，从而提供一种锁相方法及系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种锁相方法，包括：步骤S1：获取待锁相的电气参量、第一相角反馈量及第二相角反馈量；步骤S2：对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，将第一相角替换步骤S1中的第一相角反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环；对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角；步骤S3：基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角；步骤S4：将待锁相的电气参量的相角替换步骤S1中的第二相角的反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环、步骤S1-步骤S4的外循环。
在一实施例中，对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角的过程，包括：对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行两相同步变换，得到第一两相同步电压；对第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率；将理想角频率作为第一角频率的补偿量，得到待锁相的电气参量的角频率；对待锁相的电气参量的角频率做积分处理，得到第一相角。
在一实施例中，对第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率的过程，包括：对q轴的第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率。
在一实施例中，对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角的过程，包括：对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行两相同步变换，得到第二两相同步电压；对第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角。
在一实施例中，对第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角的过程，包括：对q轴的第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角。
在一实施例中，基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角的过程，包括：对待锁相的电气参量的角频率依次进行低通滤波及积分处理，得到积分相角；利用补偿相角对积分相角进行补偿，得到待锁相的电气参量的相角。
第二方面，本发明实施例提供一种锁相系统，包括：参量获取模块，用于获取待锁相的电气参量、第一相角反馈量及第二相角反馈量；循环及锁相模块，用于对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，将第一相角替换步骤S1中的第一相角反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环；对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角；补偿模块，用于基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角；循环模块，用于将待锁相的电气参量的相角替换步骤S1中的第二相角的反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环、步骤S1-步骤S4的外循环。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第一方面的锁相方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第一方面的锁相方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的锁相方法及系统，结合第一相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，结合第二相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到补偿相角，将待锁相的电气参量的角频率进行滤波，以抑制电压振荡，利用补偿相角对将滤波后的角频率进行积分得到的积分相角进行补偿，实现待锁相的电气参量与理想电压源之间的相位差，从而得到待锁相的电气参量的角频率及相角。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的传统锁相环的控制框图；
图2为本发明实施例提供的锁相环接入弱电网的结构图；
图3为本发明实施例提供的传统锁相环接入弱电网后输出的角频率；
图4为本发明实施例提供的弱电网的并网点电压；
图5为本发明实施例提供的锁相方法的一个具体示例的流程图；
图6为本发明实施例提供的锁相方法的一个具体示例的示意图；
图7(a)为本发明实施例提供的锁相方法输出的角频率；
图7(b)为本发明实施例提供的并网点的三相电压曲线；
图8为本发明实施例提供的锁相系统的一个具体示例的示意图；
图9为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种锁相方法，应用于对接入弱电网的系统的电气参量进行锁相的场合，如图5所示，包括：
步骤S1：获取待锁相的电气参量、第一相角反馈量及第二相角反馈量。
本发明实施例的待锁相的电气参量可以为如图2所示的两电平VSC接入弱交流电网系统的PCC点电压(并网点电压VPCC)，但是根据实际情况的需要还可以其它电气参量，在此不作限制，以下以如图2所示的系统进行说明。
步骤S2：对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，将第一相角替换步骤S1中的第一相角反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环；对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角。
步骤S3：基于预设补偿方法，利用滤波后的待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角。
步骤S4：将待锁相的电气参量的相角替换步骤S1中的第二相角的反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环、步骤S1-步骤S4的外循环。
图2为两电平VSC接入弱交流电网系统的等效电路图，由于弱交流电网系统内由于LC串补的存在，其有固有的谐振频率，而当现有锁相环接入弱电网时，由于接入阻抗的存在，并网点电压VPCC的相位并不等同于理想电压源的相位，两者之间会有一个相位差。但如果系统可以进入稳态运行，则稳态运行时，并网点电压VPCC的角频率应等于理想电压源的角频率。但是，在弱电网条件下，并网点电压VPCC由于受到VSC自身输出功率的影响，使得锁相环输出的角频率存在抖动。
基于此，本发明实施例对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角，将待锁相的电气参量的角频率进行滤波，以消除角频率的抖动，其次将滤波后的角频率进行积分得到积分相角，并利用补偿相角对积分相角得到补偿，从而实现并网点电压与理想电压源之间的相位差。
在一具体实施例中，对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角的过程，包括：
步骤S21：对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行两相同步变换，得到第一两相同步电压。
步骤S22：对第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率。
步骤S23：将理想角频率作为第一角频率的补偿量，得到待锁相的电气参量的角频率。
步骤S24：对待锁相的电气参量的角频率做积分处理，得到第一相角。
具体地，如图6所示，在角频率测量环节，在系统还未进入稳态进行时，首先结合第一相角反馈量θ1，对并网点电压Vpcc(待锁相的电气参量)进行Park变换，得到Vq1及Vd1，然后利用PI控制器对Vq1进行比例积分处理，得到第一角频率ω1，此时由于并网点电压Vpcc的角频率并不为理想电压源的角频率，故需要利用第一角频率ω1和理想电压源的角频率(图6为314.15926，此时以系统工作频率为50Hz为例)得到并网点电压Vpcc的角频率ω，当系统进行稳态之后，则第一角频率ω1为0，并网点电压Vpcc的角频率ω为理想电压源的角频率，对并网点电压Vpcc的角频率ω进行积分后的相角作为第一相角反馈量θ1，返回步骤S21，从而实现下一个步骤S21-步骤S24的内循环。
在一具体实施例中，对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角的过程，包括：
步骤S31：对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行两相同步变换，得到第二两相同步电压。
步骤S32：对第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角。
具体地，如图6所示，在补偿相角测量环节，结合第二相角反馈量，对并网点电压Vpcc(待锁相的电气参量)进行Park变换，得到Vq2及Vd2，然后利用对Vq2进行积分处理，得到补偿相角θ0，其中，为了防止补偿相角θ0变化太快而引起VSC输出功率波动，本发明实施例使用具有较小积分系数k的积分器(例如选择k＝0.1)对Vq2进行积分处理。
在一具体实施例中，基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角的过程，包括：
步骤S41：对待锁相的电气参量的角频率依次进行低通滤波及积分处理，得到积分相角；
步骤S42：利用补偿相角对积分相角进行补偿，得到待锁相的电气参量的相角。
本发明实施例中，随着VSC输出功率不同，PCC点与理想电压源之间的相位差存在较大的差异，利用自动调节的补偿相角θ0来体现这个动态的相位差，故将并网点电压的角频率进行低通滤波，以消除角频率的抖动，其次将滤波后的角频率ωoutput进行积分得到积分相角，并利用补偿相角对积分相角得到补偿，得到并网点电压的相角θPLL，从而实现并网点电压与理想电压源之间的相位差，并将并网点电压的相角作为第二相角反馈量，返回步骤S41，从而实现下一个步骤S41-步骤S42的内循环。
为了进一步证明本发明实施例的锁相方法的正确性，基于图2所示的电路结构，搭建仿真模型，仿真波形如图7(a)及图7(b)所示，图7(a)为并网点电压的角频率，图7(b)为并网点的三相电压曲线。在图7(a)中的0～0.2s时间内，并网点电压的角频率逐渐稳定下来，0.2s以后，并网点电压的角频率波形虽然仍然存在小幅波动，但是已在可接受的范围内，不存在电压谐振，随着角频率镇定下来，系统逐渐达到稳态运行点。
本发明实施例提供的锁相方法，结合第一相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，结合第二相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到补偿相角，将待锁相的电气参量的角频率进行滤波，以抑制电压振荡，利用补偿相角对将滤波后的角频率进行积分得到的积分相角进行补偿，实现待锁相的电气参量与理想电压源之间的相位差，从而得到待锁相的电气参量的角频率及相角。
实施例2
本发明实施例提供一种锁相系统，如图8所示，基于实施例1的锁相方法，锁相系统包括：
参量获取模块1，用于获取待锁相的电气参量、第一相角反馈量及第二相角反馈量；此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
循环及锁相模块2，用于对待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，将第一相角替换步骤S1中的第一相角反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环；对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角；此模块执行实施例1中的步骤S2所描述的方法，在此不再赘述。
补偿模块3，用于基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角；此模块执行实施例1中的步骤S3所描述的方法，在此不再赘述。
循环模块4，用于将待锁相的电气参量的相角替换步骤S1中的第二相角的反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环、步骤S1-步骤S4的外循环；此模块执行实施例1中的步骤S4所描述的方法，在此不再赘述。
本发明实施例提供的锁相系统，结合第一相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，结合第二相角反馈量，对待锁相的电气参量进行锁相，得到补偿相角，将待锁相的电气参量的角频率进行滤波，以抑制电压振荡，利用补偿相角对将滤波后的角频率进行积分得到的积分相角进行补偿，实现待锁相的电气参量与理想电压源之间的相位差，从而得到待锁相的电气参量的角频率及相角。
实施例3
本发明实施例提供一种计算机设备，如图9所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1的锁相方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1的锁相方法。
其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1中的锁相方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1的锁相方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种锁相方法，其特征在于，包括：
步骤S1：获取待锁相的电气参量、第一相角反馈量及第二相角反馈量；
步骤S2：对所述待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，将所述第一相角替换步骤S1中的第一相角反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环；对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角；
步骤S3：基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角：对待锁相的电气参量的角频率依次进行低通滤波及积分处理，得到积分相角；利用补偿相角对所述积分相角进行补偿，得到待锁相的电气参量的相角；
步骤S4：将待锁相的电气参量的相角替换步骤S1中的第二相角的反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环、步骤S1-步骤S4的外循环。
2.根据权利要求1所述的锁相方法，其特征在于，所述对所述待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角的过程，包括：
对所述待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行两相同步变换，得到第一两相同步电压；
对第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率；
将理想角频率作为第一角频率的补偿量，得到待锁相的电气参量的角频率；
对待锁相的电气参量的角频率做积分处理，得到第一相角。
3.根据权利要求2所述的锁相方法，其特征在于，所述对第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率的过程，包括：
对q轴的第一两相同步电压进行比例积分处理，得到第一角频率。
4.根据权利要求1所述的锁相方法，其特征在于，所述对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角的过程，包括：
对所述待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行两相同步变换，得到第二两相同步电压；
对第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角。
5.根据权利要求4所述的锁相方法，其特征在于，所述对第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角的过程，包括：
对q轴的第二两相同步电压进行积分处理，得到补偿相角。
6.一种锁相系统，其特征在于，包括：
参量获取模块，用于获取待锁相的电气参量、第一相角反馈量及第二相角反馈量；
循环及锁相模块，用于对所述待锁相的电气参量及第一相角反馈量进行锁相，得到待锁相的电气参量的角频率及第一相角，将所述第一相角替换步骤S1中的第一相角反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环；对待锁相的电气参量及第二相角反馈量进行锁相，得到补偿相角；
补偿模块，用于基于预设补偿方法，利用待锁相的电气参量的角频率及补偿相角，得到待锁相的电气参量的相角：对待锁相的电气参量的角频率依次进行低通滤波及积分处理，得到积分相角；利用补偿相角对所述积分相角进行补偿，得到待锁相的电气参量的相角；
循环模块，用于将待锁相的电气参量的相角替换步骤S1中的第二相角的反馈量，进行步骤S1-步骤S2的内循环、步骤S1-步骤S4的外循环。
7.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-5中任一所述的锁相方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-5中任一所述的锁相方法。
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