CN207603217U - 一种频率自适应的正序基波提取电路 - Google Patents

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邵武
王学玉
杨隽
王前进
郭伟
孔凡宁
杜林强
徐振
李彦飞
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Abstract

本实用新型涉及一种频率自适应的正序基波提取电路，属于电力电子控制技术领域。所述正序基波提取电路从左至右依次设置有将abc三相电压转换为αβ两相电压的坐标变换电路，用于90°移相的频率自适应90°移相器、用于生成αβ两相正序电压的正序组合电路、用于电压正序谐波分量滤除的正序谐波滤除器。本实用新型的有益之处是：通过设置的多个电路，从而通过对SRF‑PLL三相输入电压进行预处理，增加一级电压正序基波提取电路，该正序基波提取电路对电网频率波动具有一定适应性，这样在电压不平衡或存在谐波情况下SRF‑PLL输入仍为三相正序基波电压，因此可以实现准确锁相。

Description

一种频率自适应的正序基波提取电路
技术领域：
本实用新型涉及一种频率自适应的正序基波提取电路，属于电力电子控制技术领域。
背景技术：
三相电压源型并网换流器一般采用电网电压定向的电流跟踪控制策略，要获取电网电压基波正序分量的相位，基于该相位对并网电流进行派克变换，使三相电流基波变为dq轴直流分量，对dq直流量采用PI控制即可实现并网电流的无静态误差跟踪。
常用锁相方法有过零鉴相法和软件锁相环(SRF-PLL)技术，其中过零鉴相法属于开环控制，控制精度较差；软件锁相环技术属于闭环控制，其中基于单同步参考坐标系的软件锁相环算法最为简单，应用最为广泛，然而，当电网电压存在三相不平衡和谐波等电能质量问题时，SRF-PLL技术不能准确地锁定电网电压基波正序相角，使得并网控制效果变差；双同步参考坐标系软件锁相环可以消除电网电压谐波和三相不平衡对锁相的影响，但算法较为复杂，会影响控制实时性。
发明内容：
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种频率自适应的正序基波提取电路，以解决行业中面临的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种频率自适应的正序基波提取电路，设置有正序基波提取电路，所述正序基波提取电路从左至右依次设置有将abc三相电压转换为αβ两相电压的坐标变换电路，用于90°移相的频率自适应90°移相器、用于生成αβ两相正序电压的正序组合电路、用于电压正序谐波分量滤除的正序谐波滤除器。
作为优选，所述坐标变换电路设置有六个比例运算放大器和两个加法器。
作为优选，所述频率自适应90°移相器设置有全通滤波器和与所述全通滤波器相连接的模拟电阻器，所述全通滤波器里的电阻Rx更换为模拟电阻器，所述模拟电阻器通过闭环控制调整自身阻值，使得全通滤波器移相角度保持90°不变。
作为优选，所述模拟电阻器由乘法器一，乘法器二，跨导放大器，电压跟随器一，电压跟随器二，受控电流源，四阶低通滤波器和比例积分器组成相互连接而成。
作为优选，所述正序组合电路由两个加法器和两个比例运算放大器组成。
作为优选，所述正序谐波滤除器由四个一阶低通滤波器串联组合而成。
与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：设置坐标变换电路将abc三相电压转换为αβ两相电压，设置频率自适应90°移相器用于90°移相，设置正序组合电路用于生成αβ两相正序电压，设置正序谐波滤除器用于电压正序谐波分量滤除，从而通过对SRF-PLL三相输入电压进行预处理，增加一级电压正序基波提取电路，该正序基波提取电路对电网频率波动具有一定适应性，这样在电压不平衡或存在谐波情况下SRF-PLL输入仍为三相正序基波电压，因此可以实现准确锁相。
附图说明：
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
图1是频率自适应的正序基波提取电路整体结构示意图。
图2是坐标变换电路的结构示意图。
图3是全通滤波器的结构示意图。
图4是模拟电阻器的结构示意图。
图5是正序谐波滤除器的示意图。
图中：坐标变换电路1；比例运算放大器101；两个加法器102；频率自适应90°移相器2；正序组合电路3；正序谐波滤除器4；一阶低通滤波器401；模拟电阻器5；乘法器一501；乘法器二502；跨导放大器503；电压跟随器一 504；电压跟随器二505；受控电流源506；四阶低通滤波器507；比例积分器 508。
具体实施方式：
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细描述：根据图1至图5 所示的一种频率自适应的正序基波提取电路，设置有正序基波提取电路，其特征在于：所述正序基波提取电路从左至右依次设置有将abc三相电压转换为αβ两相电压的坐标变换电路1，用于90°移相的频率自适应90°移相器2、用于生成αβ两相正序电压的正序组合电路3、用于电压正序谐波分量滤除的正序谐波滤除器4。
进一步地，所述坐标变换电路1设置有六个比例运算放大器101和两个加法器102。
进一步地，所述频率自适应90°移相器设置有全通滤波器和与所述全通滤波器相连接的模拟电阻器5，所述全通滤波器里的电阻Rx更换为模拟电阻器5，所述模拟电阻器5通过闭环控制调整自身阻值，使得全通滤波器移相角度保持 90°不变。
进一步地，所述模拟电阻器5由乘法器一501、乘法器二502、跨导放大器 503、电压跟随器一504、电压跟随器二505、受控电流源506、四阶低通滤波器507和比例积分器508组成相互连接而成。
进一步地，所述正序谐波滤除器4由四个一阶低通滤波器401串联组合而成。
使用时，坐标变换电路1由六个比例运算放大器101和两个加法器102，将 abc三相电压转换为αβ两相电压。
频率自适应90°移相器主要由全通滤波器改进而来，将普通全通滤波器的电阻Rx改进为阻值随电网电压频率变化的模拟电阻器5,当电网频率变化时，模拟电阻器5通过闭环控制调整自身阻值，使得全通滤波器移相角度保持90°不变。
模拟电阻器5主要由乘法器一501，乘法器二502，跨导放大器503，电压跟随器一504，电压跟随器二505，受控电流源506，四阶低通滤波器507和比例积分器508组成，T3，T4为电阻Rx的接入端口，Ux，qUx代表Uα，qUα或Uβ， qUβ，Vz为比例积分器508输出，同时反馈到乘法器二502作为输入。
模拟电阻器5具体工作过程如下：
1)跨导放大器503将Rr的电流信号转换为电压信号；
2)T3，T4间等效电阻Rx与乘法器二502输入VZ有关，当VZ越大，则等效电阻Rx越小，VZ越小，Rx越大；
3)Ux，qUx相位理论上相差90°，设为θ，Ux，qUx经乘法器一501输出后，再经过一个四阶低通滤波器507输出，此时交流量滤除，只剩下cos(θ)/2直流分量；
4)四阶低通滤波器507输出的直流量经过一个电压跟随器二505后作为比例积分器508的输入；
5)当θ>90°时，cos(θ)<0,比例积分调节器508输出VZ减小，Rx增大；当θ<90°时，cos(θ)>0,比例积分调节器输出VZ减小，Rx减小；从而自动维持90°移相器输入、输出信号90°正交。
正序组合电路3主要由2个加法器和2个比例运算放大器组成，其作用是将Uα，Uβ，qUα和qUβ进行加减乘组合后输出αβ两相电压正序分量Uα+，Uβ+。
正序谐波滤除器4由4个一阶低通滤波器401串联组合而成，在基波频率处，正序谐波滤除器4传递函数幅值为1，相移角度为0，基波可以无衰减地通过，而正序谐波分量被滤除掉，因此最终输出的αβ两相电压只含有基波正序分量Uαf+，Uβf+，可作锁相环SRF-PLL的输入，这样，从根本上消除了电压正序谐波以及负序和零序分量对锁相环SRF-PLL性能的影响，使得SRF-PLL可以准确锁取电网基波正序电压的相角，有效提高了系统控制的准确性。
需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种频率自适应的正序基波提取电路，设置有正序基波提取电路，其特征在于：所述正序基波提取电路从左至右依次设置有将abc三相电压转换为αβ两相电压的坐标变换电路(1)，用于90°移相的频率自适应90°移相器(2)、用于生成αβ两相正序电压的正序组合电路(3)、用于电压正序谐波分量滤除的正序谐波滤除器(4)。
2.根据权利要求1所述的频率自适应的正序基波提取电路，其特征在于：所述坐标变换电路(1)设置有六个比例运算放大器(101)和两个加法器(102)。
3.根据权利要求1所述的频率自适应的正序基波提取电路，其特征在于：所述频率自适应90°移相器(2)设置有全通滤波器和与所述全通滤波器相连接的模拟电阻器(5)，所述全通滤波器里的电阻Rx更换为模拟电阻器(5)，所述模拟电阻器(5)通过闭环控制调整自身阻值，使得全通滤波器移相角度保持90°不变。
4.根据权利要求3所述的频率自适应的正序基波提取电路，其特征在于：所述模拟电阻器(5)由乘法器一(501)、乘法器二(502)、跨导放大器(503)、电压跟随器一(504)、电压跟随器二(505)、受控电流源(506)、四阶低通滤波器(507)和比例积分器(508)组成相互连接而成。
5.根据权利要求1所述的频率自适应的正序基波提取电路，其特征在于：所述正序谐波滤除器(4)由四个一阶低通滤波器(401)串联组合而成。
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