TWI483510B - 一種用於三相交流電網的鎖相系統及其方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於鎖相技術，且特別是有關於一種三相交流電網的鎖相系統及其鎖相方法。
當前，隨著科技的發展和人們物質生活的極大豐富，伴隨而來的能源和環境問題也日趨嚴重。因而，可再生能源的開發利用已成爲解決上述問題的熱門研發方向，例如，風力發電以其清潔和環保等特性而當之無愧地作爲多類可再生能源其中之一。
現有的風電系統主要採用雙饋感應發電機（Doubly Fed Induction Generator, DFIG），它以背靠背式雙脈寬調製電壓源型逆變器作爲主控制系統，該逆變器包括一網側變換器和一轉子側變換器（或稱爲機側變換器）。在正常運行條件下，電網中只存在基波正序電壓，採用常規的電壓過零檢測或鎖相環（PLL, Phase Locked Loop）技術即可方便地得到電壓同步信號作爲控制基準。然而，在實際電網中，風電系統裏的並網逆變器、有源濾波器、無功補償裝置等集中應用，往往導致負載不平衡或單相、兩相對地短路等不對稱故障，從而引起電網電壓不對稱。
具體來說，針對DFIG風電系統，一方面，由於電網電壓不對稱時，定子電壓和定子電流除了正序分量（positive sequence component）外還包括負序分量（negative sequence component），而傳統的比例積分電流調節器無法實現對正序分量以及負序分量的同時控制，因而，很小的定子電壓不平衡都將會引起很大的定子電流不平衡和電磁轉矩、有功功率波動，進而導致DFIG運行性能惡化。另一方面，在對DFIG的各種變流器進行控制時，經常需要用到電壓交流量的相位和幅值，因而鎖相技術是關鍵環節之一。當三相電網因發生故障而導致電網不平衡時，電網電壓包括正序分量和負序分量，爲了準確地得到電網電壓的相位資訊，就必須將其負序分量分離出來，得到純粹的正序分量進而基於該正序分量進行鎖相，但是現有的鎖相電路設計無法完全分離上述負序分量，而且對於電網不平衡時的電網電壓中所包含的干擾量並沒有採取必要的分離措施。
有鑒於此，如何設計一種用於三相交流電網的鎖相系統，通過該鎖相系統主動分離出電壓信號中的干擾量，進而得到乾淨的基波正序分量並用於精確鎖相，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。
現有的風電系統主要採用雙饋感應發電機（Doubly Fed Induction Generator, DFIG），它以背靠背式雙脈寬調製電壓源型逆變器作爲主控制系統，該逆變器包括一網側變換器和一轉子側變換器（或稱爲機側變換器）。在正常運行條件下，電網中只存在基波正序電壓，採用常規的電壓過零檢測或鎖相環（PLL, Phase Locked Loop）技術即可方便地得到電壓同步信號作爲控制基準。然而，在實際電網中，風電系統裏的並網逆變器、有源濾波器、無功補償裝置等集中應用，往往導致負載不平衡或單相、兩相對地短路等不對稱故障，從而引起電網電壓不對稱。
具體來說，針對DFIG風電系統，一方面，由於電網電壓不對稱時，定子電壓和定子電流除了正序分量（positive sequence component）外還包括負序分量（negative sequence component），而傳統的比例積分電流調節器無法實現對正序分量以及負序分量的同時控制，因而，很小的定子電壓不平衡都將會引起很大的定子電流不平衡和電磁轉矩、有功功率波動，進而導致DFIG運行性能惡化。另一方面，在對DFIG的各種變流器進行控制時，經常需要用到電壓交流量的相位和幅值，因而鎖相技術是關鍵環節之一。當三相電網因發生故障而導致電網不平衡時，電網電壓包括正序分量和負序分量，爲了準確地得到電網電壓的相位資訊，就必須將其負序分量分離出來，得到純粹的正序分量進而基於該正序分量進行鎖相，但是現有的鎖相電路設計無法完全分離上述負序分量，而且對於電網不平衡時的電網電壓中所包含的干擾量並沒有採取必要的分離措施。
有鑒於此，如何設計一種用於三相交流電網的鎖相系統，通過該鎖相系統主動分離出電壓信號中的干擾量，進而得到乾淨的基波正序分量並用於精確鎖相，是業內相關技術人員亟待解決的一項課題。
針對現有技術中三相交流電網的鎖相系統存在的上述缺陷，本發明提供了一種用於三相交流電網的鎖相系統及其方法。
依據本發明的一技術態樣，提供了一種用於三相交流電網的鎖相系統，其中，該鎖相系統包括一輸入模組、一第一分離模組和一第二分離模組。該輸入模組用於接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量。該第一分離模組用於將一第一待分離量經由α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換來得到d軸上的正序分量dpos 以及q軸上的正序分量qpos ，然後將d軸上的正序分量dpos 通過d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換來輸出與每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos 。該第二分離模組用於將一第二待分離量經由α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換來輸出與每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg 。其中，第一分離模組和第二分離模組耦合成一閉環反饋，該第二分離模組採用閉環補償得到負序分量，並消除第一分離模組中的誤差，使第一分離模組分離出正序分量以便進行鎖相。
該鎖相系統還包括一第一疊加模組和一第二疊加模組。該第一疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模組，第二輸入端電性連接至第二分離模組的輸出端，以及該第一疊加模組的輸出端電性連接至第一分離模組的輸入端，該第一疊加模組用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲上述第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端。該第二疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至第一分離模組的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模組的輸出端，以及該第二疊加模組的輸出端電性連接至第二分離模組的輸入端，該第二疊加模組用於接收上述第一疊加信號以及正序分量，並將疊加後的信號作爲上述第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
該鎖相系統還包括一第三疊加模組和一第四疊加模組。該第三疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模組，第二輸入端電性連接至第二分離模組的輸出端，以及該第三疊加模組的輸出端電性連接至第一分離模組的輸入端，該第三疊加模組用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲上述第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端。該第四疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模組，第二輸入端電性連接至第一分離模組的輸出端，第三輸入端電性連接至第二分離模組的輸出端，以及該第四疊加模組的輸出端電性連接至第二分離模組的輸入端，其中，該第四疊加模組用於接收每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲上述第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
該第一分離模組還包括一低通濾波器，用於對d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理。進一步，上述第一分離模組還包括一第一調節器、一比較單元以及一積分器，該第一調節器與該比較單元相連接，以及該比較單元與積分器相連接，其中，q軸上的正序分量qpos 經由第一調節器耦接至比較單元的一輸入端子，一預設頻率信號連接至比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較後再經由積分器輸出正序分量的相位角度θpos 。
在一實施例中，將積分器輸出的正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
在另一實施例中，將與積分器輸出的正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
第二分離模組還包括一第二調節器，用於對干擾量進行補償。
第一調節器或第二調節器爲比例積分調節器或比例積分微分調節器。
該鎖相系統應用於風力發電系統或太陽能發電系統。
依據本發明的另一技術態樣，提供了一種用於三相交流電網的鎖相方法，包括：
（a）接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量；
（b）將一第一待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換，得到與每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos ；
（c）將一第二待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換，得到與每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg ；以及
（d）將每路電壓與相應的正序分量Vαpos 和Vβpos 、負序分量Vαneg 和Vβneg 進行疊加，以分離出每路電壓中的干擾量，並對干擾量進行補償。
該鎖相方法還包括：提供一給定爲零的參考干擾量；將參考干擾量與每路電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，並通過一調節器對誤差信號進行補償，以消除誤差；以及將補償後的信號經由d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換來得到負序分量Vαneg 和Vβneg 。
該鎖相方法還包括第一疊加步驟，用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端；以及接收第一疊加信號以及正序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
該鎖相方法還包括第二疊加步驟，用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端；以及接收每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
步驟（b）還包括濾波步驟，用於對經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換得到的d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理。進一步，步驟b還包括相位角度産生步驟，用於將經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換得到的q軸上的正序分量qpos 與一預設頻率信號進行比較，並對比較結果進行積分處理後得到正序分量的相位角度θpos 。
將正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組中的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
將與正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
步驟（c）還包括調節步驟，用於對干擾量進行調節。
調節步驟由一比例積分調節器（PI）或一比例積分微分調節器（PID）來執行。
採用本發明中用於三相交流電網的鎖相系統及方法，通過第一分離模組將第一待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換得到電網電壓相對應的正序分量，以及通過第二分離模組將第二待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換得到電網電壓相對應的負序分量，從而能夠精確地得到電網電壓的正序分量和負序分量。另外，負序分量的分離過程採用閉環補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純淨的正序分量，提高了鎖相精度。
依據本發明的一技術態樣，提供了一種用於三相交流電網的鎖相系統，其中，該鎖相系統包括一輸入模組、一第一分離模組和一第二分離模組。該輸入模組用於接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量。該第一分離模組用於將一第一待分離量經由α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換來得到d軸上的正序分量dpos 以及q軸上的正序分量qpos ，然後將d軸上的正序分量dpos 通過d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換來輸出與每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos 。該第二分離模組用於將一第二待分離量經由α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換來輸出與每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg 。其中，第一分離模組和第二分離模組耦合成一閉環反饋，該第二分離模組採用閉環補償得到負序分量，並消除第一分離模組中的誤差，使第一分離模組分離出正序分量以便進行鎖相。
該鎖相系統還包括一第一疊加模組和一第二疊加模組。該第一疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模組，第二輸入端電性連接至第二分離模組的輸出端，以及該第一疊加模組的輸出端電性連接至第一分離模組的輸入端，該第一疊加模組用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲上述第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端。該第二疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至第一分離模組的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模組的輸出端，以及該第二疊加模組的輸出端電性連接至第二分離模組的輸入端，該第二疊加模組用於接收上述第一疊加信號以及正序分量，並將疊加後的信號作爲上述第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
該鎖相系統還包括一第三疊加模組和一第四疊加模組。該第三疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模組，第二輸入端電性連接至第二分離模組的輸出端，以及該第三疊加模組的輸出端電性連接至第一分離模組的輸入端，該第三疊加模組用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲上述第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端。該第四疊加模組具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模組，第二輸入端電性連接至第一分離模組的輸出端，第三輸入端電性連接至第二分離模組的輸出端，以及該第四疊加模組的輸出端電性連接至第二分離模組的輸入端，其中，該第四疊加模組用於接收每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲上述第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
該第一分離模組還包括一低通濾波器，用於對d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理。進一步，上述第一分離模組還包括一第一調節器、一比較單元以及一積分器，該第一調節器與該比較單元相連接，以及該比較單元與積分器相連接，其中，q軸上的正序分量qpos 經由第一調節器耦接至比較單元的一輸入端子，一預設頻率信號連接至比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較後再經由積分器輸出正序分量的相位角度θpos 。
在一實施例中，將積分器輸出的正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
在另一實施例中，將與積分器輸出的正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
第二分離模組還包括一第二調節器，用於對干擾量進行補償。
第一調節器或第二調節器爲比例積分調節器或比例積分微分調節器。
該鎖相系統應用於風力發電系統或太陽能發電系統。
依據本發明的另一技術態樣，提供了一種用於三相交流電網的鎖相方法，包括：
（a）接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量；
（b）將一第一待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換，得到與每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos ；
（c）將一第二待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換，得到與每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg ；以及
（d）將每路電壓與相應的正序分量Vαpos 和Vβpos 、負序分量Vαneg 和Vβneg 進行疊加，以分離出每路電壓中的干擾量，並對干擾量進行補償。
該鎖相方法還包括：提供一給定爲零的參考干擾量；將參考干擾量與每路電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，並通過一調節器對誤差信號進行補償，以消除誤差；以及將補償後的信號經由d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換來得到負序分量Vαneg 和Vβneg 。
該鎖相方法還包括第一疊加步驟，用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端；以及接收第一疊加信號以及正序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
該鎖相方法還包括第二疊加步驟，用於接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端；以及接收每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。
步驟（b）還包括濾波步驟，用於對經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換得到的d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理。進一步，步驟b還包括相位角度産生步驟，用於將經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換得到的q軸上的正序分量qpos 與一預設頻率信號進行比較，並對比較結果進行積分處理後得到正序分量的相位角度θpos 。
將正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組中的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
將與正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
步驟（c）還包括調節步驟，用於對干擾量進行調節。
調節步驟由一比例積分調節器（PI）或一比例積分微分調節器（PID）來執行。
採用本發明中用於三相交流電網的鎖相系統及方法，通過第一分離模組將第一待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換得到電網電壓相對應的正序分量，以及通過第二分離模組將第二待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換得到電網電壓相對應的負序分量，從而能夠精確地得到電網電壓的正序分量和負序分量。另外，負序分量的分離過程採用閉環補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純淨的正序分量，提高了鎖相精度。
爲了使本申請所揭示的技術內容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或相似的元件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例並非用來限制本發明所涵蓋的範圍。此外，附圖僅僅用於示意性地加以說明，並未依照其原尺寸進行繪製。
在對本發明的多個具體實施方式進行描述之前，爲方便起見，不妨將從三相交流電網的三相電壓轉換爲兩路電壓的轉換方式簡稱爲從abc坐標系到α-β坐標系的座標變換，或稱爲「預變換」；將從α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換簡稱爲「第一座標變換」；以及將從d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換簡稱爲上述第一座標變換的逆變換，或稱爲「第二座標變換」。本領域的普通技術人員應當理解，術語「第一」、「第二」等詞語僅僅用來表示名稱，並不表示任何特定的順序，除非文中加以特別說明。
下面參照附圖，對本發明各個方面的具體實施方式作進一步的詳細描述。
第1圖示出依據本發明一個方面的用於三相交流電網的鎖相系統的結構示意圖。參照第1圖，該鎖相系統包括一輸入模組10、一第一分離模組12和一第二分離模組14。其中，輸入模組10接收三相交流電網的三相電壓，並通過預變換將其轉換爲兩路電壓。例如，當三相交流電網不平衡時，預變換後的每路電壓不再只包括正序分量，而是包括正序分量（positive sequence component）和負序分量（negative sequence component）。如前所述，這裏的以負序分量爲主的干擾量對於分離出乾淨的正序基波分量影響極大，而本發明的鎖相系統主要解決干擾量的主動分離問題，進而基於乾淨的正序基波分量來精確鎖相。
第一分離模組12將一第一待分離量依次經由第一座標變換和第二座標變換來得到與每路電壓相對應的正序分量。第二分離模組14將一第二待分離量依次經由第一座標變換和第二座標變換來得到與每路電壓相對應的負序分量，其中，第一分離模組12和第二分離模組14構成一閉環反饋，例如，第一分離模組12的輸出端通過節點P2連接至第二分離模組14的輸入端，並且第二分離模組14的輸出端通過節點P1連接至第一分離模組12的輸入端。在一具體實施例中，第一待分離量包括該電壓的正序分量和至少一部分干擾量，經過第一分離模組的分離處理後，輸出信號包括該電壓的正序分量以及相對較少一部分的干擾量；經過節點P2後，第一待分離量中的正序分量和至少一部分干擾量減去該正序分量和相對較少一部分的干擾量，並將剩餘的干擾量作爲第二待分離量送入第二分離模組14進行分離。在該閉環反饋到達平衡後，第一分離模組12所輸出的即爲乾淨的正序分量，進而實現精確鎖相。
需要指出的是，第1圖中帶箭頭的各直線僅爲示意性的信號路徑，並非用來說明信號的數量。例如，進入輸入模組10的電網電壓信號包括三相交流電網不平衡時的三相電壓Ua 、Ub 和Uc ，而由輸入模組10輸出的電壓信號爲預變換後的兩相電壓Vgridα 和Vgridβ 。相應地，節點P1和節點P2包括與兩路電壓Vgridα 和Vgridβ 匹配的第一分節點和第二分節點，在後文的第2圖和第5圖中將進一步予以說明。
在一具體實施例中，節點P1和/或節點P2對應地可設置爲向量運算單元，如加法器、減法器或疊加電路等。本領域技術人員應能理解，上述節點P1和/或節點P2的設計形式僅爲舉例，其他現有的或今後可能出現的節點P1和/或節點P2的設計形式如可適用于本發明，也應包含在本發明保護範圍以內，並以引用方式包含於此。
在另一具體實施例中，該鎖相系統應用於風力發電系統。在另一具體實施例中，該鎖相系統應用於太陽能發電系統。這是因爲，在風力發電系統或太陽能發電系統中，需要通過並網變頻器將發電系統並入三相交流電網，而三相交流電網不平衡時，現有方案中基於正序分量來進行鎖相並不準確，這將使變流器發生故障，嚴重時甚至可能燒毀變流器。有鑒於此，本發明的鎖相系統通過主動分離電網電壓中的干擾量，進而得到乾淨的正序分量，既可以提升鎖相速度，又可以提高鎖相精度。
第2圖示出第1圖的鎖相系統的一實施例的結構框圖。參照第2圖，該鎖相系統包括一輸入模組20、一第一分離模組22、一第二分離模組24、一第一疊加模組26和一第二疊加模組28。在第2圖所示的鎖相電路中，輸入模組20、第一分離模組22和第二分離模組24分別與第1圖所示的輸入模組10、第一分離模組12和第二分離模組14相同或相似，爲描述簡便起見，故此處不再贅述，並通過引用方式包含於此。
第一疊加模組26包括節點P261和節點P262，其中，節點P261對應於電壓Vgridα ，節點P262對應於電壓Vgridβ 。具體地，第一疊加模組26具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至輸入模組20，第二輸入端電性連接至第二分離模組24的輸出端，以及輸出端電性連接至第一分離模組22的輸入端，並且第一疊加模組26接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組22的輸入端。即，電壓Vgridα 和它的負序分量Vαneg 送入節點P261，從而輸出與Vgridα 相對應的第一待分離量；以及電壓Vgridβ 和它的負序分量Vβneg 送入節點P262，從而輸出與Vgridβ 相對應的第一待分離量。
類似地，第二疊加模組28包括節點P281和節點P282，其中，節點P281對應於電壓Vgridα ，節點P282對應於電壓Vgridβ 。具體地，第二疊加模組28具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至第一分離模組22的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模組22的輸出端，以及輸出端電性連接至第二分離模組24的輸入端，並且第二疊加模組28接收第一疊加信號以及所述正序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組24的輸入端。即，第一待分離量和它的正序分量Vαpos 送入節點P281，從而輸出與Vgridα 相對應的第二待分離量；以及第一待分離量和它的正序分量Vβpos 送入節點P282，從而輸出與Vgridβ 相對應的第二待分離量。
從第2圖可知，第一待分離量進入第一分離模組22進行分離處理，其處理結果經由疊加模組28進入第二分離模組24；與此同時，第二待分離量進入第二分離模組24進行分離處理，其處理結果經由疊加模組26重新進入第一分離模組22，從而構成一閉環反饋。應當瞭解，當第二分離模組24對電網電壓所包含的干擾量進行補償後，第一分離模組22所輸出的即爲乾淨的正序基波分量。也就是說，只要疊加單元26和/或疊加單元28中有干擾量存在，通過第一分離模組22和第二分離模組24各自的分離處理，就可將干擾量主動分離出來，進而得到乾淨的正序分量。
第3圖示出第2圖的鎖相系統中的第一分離模組的結構示意圖。參照第3圖，第一分離模組22經由第一座標變換後，分別得到d軸上的正序分量dpos 和q軸上的正序分量qpos 。在一具體實施例中，第一分離模組還包括一低通濾波器221，對d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理，並將低通濾波處理後的濾波信號進行第二座標變換，並得到第二座標變換後的正序分量Vαpos 和Vβpos 。由此可知，採用低通濾波器221進行濾波處理後，可將第一待分離量經第一座標變換後可能含有的干擾量進行一定程度的濾除。
對於q軸上的正序分量qpos 來說，該第一分離模組22還包括一第一調節器223、一比較單元以及一積分器225，其中，第一調節器223與比較單元相連接，以及該比較單元與積分器225相連接。例如，第一調節器223可以爲一比例積分調節器（PI）或一比例積分微分調節器（PID）。具體地，q軸上的正序分量qpos 經由第一調節器223耦接至比較單元的一輸入端子，一預定的頻率信號連接至比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較後再經由積分器225輸出正序分量的相位角度θpos 。此外，在得到該正序分量的相位角度θpos 後，將積分器225輸出的正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組22中的第一座標變換的變換過程以及第二座標變換的變換過程。與此同時，將與積分器225輸出的正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組24中的第一座標變換的變換過程以及第二座標變換的變換過程。
第4圖示出第2圖的鎖相系統中的第二分離模組的結構示意圖。參照第4圖，該第二分離模組還包括一第二調節器，對第一座標變換後的變換結果進行調節。較佳地，該第二調節器包括調節器241和調節器243，其中，調節器241用於對d軸上的信號進行調節，以及調節器243用於對q軸上的信號進行調節。具體地，可以將參考干擾量預先給定爲零，然後對第二分離模組24中第一座標變換後的干擾量經由上述第二調節器進行調節。在一實施例中，調節器241和243爲一比例積分調節器（PI）或一比例積分微分調節器（PID）。
第5圖示出第1圖的鎖相系統的另一實施例的結構框圖。參照第5圖，該鎖相系統包括一輸入模組50、一第一分離模組52、一第二分離模組54、一第一疊加模組56和一第二疊加模組58。在第5圖所示的鎖相系統中，輸入模組50、第一分離模組52和第二分離模組54分別與第1圖所示的輸入模組10、第一分離模組12和第二分離模組14相同或相似，爲描述簡便起見，故此處不再贅述，並通過引用方式包含於此。
第一疊加模組56包括節點P561和節點P562，其中，節點P561對應於電壓Vgridα ，節點P562對應於電壓Vgridβ 。具體地，第一疊加模組56具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至輸入模組50，第二輸入端電性連接至第二分離模組54的輸出端，以及輸出端電性連接至第一分離模組52的輸入端，並且第一疊加模組56接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組52的輸入端。即，電壓Vgridα 和它的負序分量Vαneg 送入節點P561，從而輸出與Vgrid α 相對應的第一待分離量；以及電壓Vgrid β 和它的負序分量Vβ neg 送入節點P562，從而輸出與Vgrid β 相對應的第一待分離量。
類似地，第二疊加模組58包括節點P581和節點P582，其中，節點P581對應於電壓Vgridα ，節點P582對應於電壓Vgridβ 。具體地，第二疊加模組58具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至第一分離模組52的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模組52的輸出端，第三輸入端電性連接至第二分離模組54的輸出端，以及輸出端電性連接至第二分離模組54的輸入端，並且第二疊加模組58接收每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組54的輸入端。
需要指出的是，第3圖以及第4圖分別示意性地說明了第2圖的鎖相系統中的第一分離模組22和第二分離模組24的結構框圖，然而，在本發明第5圖所示的鎖相系統中，第3圖以及第4圖的第一分離模組22和第二分離模組24同樣也適用於第一分離模組52和第二分離模組54，並且以引用方式包含於第5圖所示的實施例中。
第6圖示出依據本發明另一個方面的用於三相交流電網的鎖相方法的程式流程圖。在該鎖相方法中，首先，執行步驟S1，接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量。然後，在步驟S2中，將兩路電壓Vgridα 和Vgridβ 依次經由做差、第一座標變換和第二座標變換進行濾波，得到與每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos 。接著，在步驟S3中，將兩路電壓Vgridα 和Vgridβ 依次經由第一座標變換、調節器和第二座標變換，得到與所述每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg 。最後，將每路電壓與相應的正序分量Vαpos 和Vβpos 、負序分量Vαneg 和Vβneg 進行疊加，以分離出每路電壓中的干擾量，並對干擾量進行補償。
在對干擾量進行主動補償時，較佳地，該鎖相方法還包括步驟：提供一給定爲零的參考干擾量；將參考干擾量（如，零給定）與每路電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，並通過一調節器對該誤差信號進行補償，以消除誤差；以及將補償後的信號經由第二座標變換得到負序分量Vαneg 和Vβneg 。
採用本發明中用於三相交流電網的鎖相系統及方法，通過第一分離模組將第一待分離量依次經由第一座標變換以及第二座標變換得到電網電壓相對應的正序分量，以及通過第二分離模組將第二待分離量依次經由第一座標變換以及第二座標變換得到電網電壓相對應的負序分量，從而能夠精確地得到電網電壓的正序分量和負序分量。另外，負序分量的分離過程採用閉環補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純淨的正序分量，提高了鎖相精度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
在對本發明的多個具體實施方式進行描述之前，爲方便起見，不妨將從三相交流電網的三相電壓轉換爲兩路電壓的轉換方式簡稱爲從abc坐標系到α-β坐標系的座標變換，或稱爲「預變換」；將從α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換簡稱爲「第一座標變換」；以及將從d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換簡稱爲上述第一座標變換的逆變換，或稱爲「第二座標變換」。本領域的普通技術人員應當理解，術語「第一」、「第二」等詞語僅僅用來表示名稱，並不表示任何特定的順序，除非文中加以特別說明。
下面參照附圖，對本發明各個方面的具體實施方式作進一步的詳細描述。
第1圖示出依據本發明一個方面的用於三相交流電網的鎖相系統的結構示意圖。參照第1圖，該鎖相系統包括一輸入模組10、一第一分離模組12和一第二分離模組14。其中，輸入模組10接收三相交流電網的三相電壓，並通過預變換將其轉換爲兩路電壓。例如，當三相交流電網不平衡時，預變換後的每路電壓不再只包括正序分量，而是包括正序分量（positive sequence component）和負序分量（negative sequence component）。如前所述，這裏的以負序分量爲主的干擾量對於分離出乾淨的正序基波分量影響極大，而本發明的鎖相系統主要解決干擾量的主動分離問題，進而基於乾淨的正序基波分量來精確鎖相。
第一分離模組12將一第一待分離量依次經由第一座標變換和第二座標變換來得到與每路電壓相對應的正序分量。第二分離模組14將一第二待分離量依次經由第一座標變換和第二座標變換來得到與每路電壓相對應的負序分量，其中，第一分離模組12和第二分離模組14構成一閉環反饋，例如，第一分離模組12的輸出端通過節點P2連接至第二分離模組14的輸入端，並且第二分離模組14的輸出端通過節點P1連接至第一分離模組12的輸入端。在一具體實施例中，第一待分離量包括該電壓的正序分量和至少一部分干擾量，經過第一分離模組的分離處理後，輸出信號包括該電壓的正序分量以及相對較少一部分的干擾量；經過節點P2後，第一待分離量中的正序分量和至少一部分干擾量減去該正序分量和相對較少一部分的干擾量，並將剩餘的干擾量作爲第二待分離量送入第二分離模組14進行分離。在該閉環反饋到達平衡後，第一分離模組12所輸出的即爲乾淨的正序分量，進而實現精確鎖相。
需要指出的是，第1圖中帶箭頭的各直線僅爲示意性的信號路徑，並非用來說明信號的數量。例如，進入輸入模組10的電網電壓信號包括三相交流電網不平衡時的三相電壓Ua 、Ub 和Uc ，而由輸入模組10輸出的電壓信號爲預變換後的兩相電壓Vgridα 和Vgridβ 。相應地，節點P1和節點P2包括與兩路電壓Vgridα 和Vgridβ 匹配的第一分節點和第二分節點，在後文的第2圖和第5圖中將進一步予以說明。
在一具體實施例中，節點P1和/或節點P2對應地可設置爲向量運算單元，如加法器、減法器或疊加電路等。本領域技術人員應能理解，上述節點P1和/或節點P2的設計形式僅爲舉例，其他現有的或今後可能出現的節點P1和/或節點P2的設計形式如可適用于本發明，也應包含在本發明保護範圍以內，並以引用方式包含於此。
在另一具體實施例中，該鎖相系統應用於風力發電系統。在另一具體實施例中，該鎖相系統應用於太陽能發電系統。這是因爲，在風力發電系統或太陽能發電系統中，需要通過並網變頻器將發電系統並入三相交流電網，而三相交流電網不平衡時，現有方案中基於正序分量來進行鎖相並不準確，這將使變流器發生故障，嚴重時甚至可能燒毀變流器。有鑒於此，本發明的鎖相系統通過主動分離電網電壓中的干擾量，進而得到乾淨的正序分量，既可以提升鎖相速度，又可以提高鎖相精度。
第2圖示出第1圖的鎖相系統的一實施例的結構框圖。參照第2圖，該鎖相系統包括一輸入模組20、一第一分離模組22、一第二分離模組24、一第一疊加模組26和一第二疊加模組28。在第2圖所示的鎖相電路中，輸入模組20、第一分離模組22和第二分離模組24分別與第1圖所示的輸入模組10、第一分離模組12和第二分離模組14相同或相似，爲描述簡便起見，故此處不再贅述，並通過引用方式包含於此。
第一疊加模組26包括節點P261和節點P262，其中，節點P261對應於電壓Vgridα ，節點P262對應於電壓Vgridβ 。具體地，第一疊加模組26具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至輸入模組20，第二輸入端電性連接至第二分離模組24的輸出端，以及輸出端電性連接至第一分離模組22的輸入端，並且第一疊加模組26接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組22的輸入端。即，電壓Vgridα 和它的負序分量Vαneg 送入節點P261，從而輸出與Vgridα 相對應的第一待分離量；以及電壓Vgridβ 和它的負序分量Vβneg 送入節點P262，從而輸出與Vgridβ 相對應的第一待分離量。
類似地，第二疊加模組28包括節點P281和節點P282，其中，節點P281對應於電壓Vgridα ，節點P282對應於電壓Vgridβ 。具體地，第二疊加模組28具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至第一分離模組22的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模組22的輸出端，以及輸出端電性連接至第二分離模組24的輸入端，並且第二疊加模組28接收第一疊加信號以及所述正序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組24的輸入端。即，第一待分離量和它的正序分量Vαpos 送入節點P281，從而輸出與Vgridα 相對應的第二待分離量；以及第一待分離量和它的正序分量Vβpos 送入節點P282，從而輸出與Vgridβ 相對應的第二待分離量。
從第2圖可知，第一待分離量進入第一分離模組22進行分離處理，其處理結果經由疊加模組28進入第二分離模組24；與此同時，第二待分離量進入第二分離模組24進行分離處理，其處理結果經由疊加模組26重新進入第一分離模組22，從而構成一閉環反饋。應當瞭解，當第二分離模組24對電網電壓所包含的干擾量進行補償後，第一分離模組22所輸出的即爲乾淨的正序基波分量。也就是說，只要疊加單元26和/或疊加單元28中有干擾量存在，通過第一分離模組22和第二分離模組24各自的分離處理，就可將干擾量主動分離出來，進而得到乾淨的正序分量。
第3圖示出第2圖的鎖相系統中的第一分離模組的結構示意圖。參照第3圖，第一分離模組22經由第一座標變換後，分別得到d軸上的正序分量dpos 和q軸上的正序分量qpos 。在一具體實施例中，第一分離模組還包括一低通濾波器221，對d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理，並將低通濾波處理後的濾波信號進行第二座標變換，並得到第二座標變換後的正序分量Vαpos 和Vβpos 。由此可知，採用低通濾波器221進行濾波處理後，可將第一待分離量經第一座標變換後可能含有的干擾量進行一定程度的濾除。
對於q軸上的正序分量qpos 來說，該第一分離模組22還包括一第一調節器223、一比較單元以及一積分器225，其中，第一調節器223與比較單元相連接，以及該比較單元與積分器225相連接。例如，第一調節器223可以爲一比例積分調節器（PI）或一比例積分微分調節器（PID）。具體地，q軸上的正序分量qpos 經由第一調節器223耦接至比較單元的一輸入端子，一預定的頻率信號連接至比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較後再經由積分器225輸出正序分量的相位角度θpos 。此外，在得到該正序分量的相位角度θpos 後，將積分器225輸出的正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組22中的第一座標變換的變換過程以及第二座標變換的變換過程。與此同時，將與積分器225輸出的正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組24中的第一座標變換的變換過程以及第二座標變換的變換過程。
第4圖示出第2圖的鎖相系統中的第二分離模組的結構示意圖。參照第4圖，該第二分離模組還包括一第二調節器，對第一座標變換後的變換結果進行調節。較佳地，該第二調節器包括調節器241和調節器243，其中，調節器241用於對d軸上的信號進行調節，以及調節器243用於對q軸上的信號進行調節。具體地，可以將參考干擾量預先給定爲零，然後對第二分離模組24中第一座標變換後的干擾量經由上述第二調節器進行調節。在一實施例中，調節器241和243爲一比例積分調節器（PI）或一比例積分微分調節器（PID）。
第5圖示出第1圖的鎖相系統的另一實施例的結構框圖。參照第5圖，該鎖相系統包括一輸入模組50、一第一分離模組52、一第二分離模組54、一第一疊加模組56和一第二疊加模組58。在第5圖所示的鎖相系統中，輸入模組50、第一分離模組52和第二分離模組54分別與第1圖所示的輸入模組10、第一分離模組12和第二分離模組14相同或相似，爲描述簡便起見，故此處不再贅述，並通過引用方式包含於此。
第一疊加模組56包括節點P561和節點P562，其中，節點P561對應於電壓Vgridα ，節點P562對應於電壓Vgridβ 。具體地，第一疊加模組56具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至輸入模組50，第二輸入端電性連接至第二分離模組54的輸出端，以及輸出端電性連接至第一分離模組52的輸入端，並且第一疊加模組56接收每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲第一待分離量而輸出至第一分離模組52的輸入端。即，電壓Vgridα 和它的負序分量Vαneg 送入節點P561，從而輸出與Vgrid α 相對應的第一待分離量；以及電壓Vgrid β 和它的負序分量Vβ neg 送入節點P562，從而輸出與Vgrid β 相對應的第一待分離量。
類似地，第二疊加模組58包括節點P581和節點P582，其中，節點P581對應於電壓Vgridα ，節點P582對應於電壓Vgridβ 。具體地，第二疊加模組58具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至第一分離模組52的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模組52的輸出端，第三輸入端電性連接至第二分離模組54的輸出端，以及輸出端電性連接至第二分離模組54的輸入端，並且第二疊加模組58接收每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲第二待分離量而輸出至第二分離模組54的輸入端。
需要指出的是，第3圖以及第4圖分別示意性地說明了第2圖的鎖相系統中的第一分離模組22和第二分離模組24的結構框圖，然而，在本發明第5圖所示的鎖相系統中，第3圖以及第4圖的第一分離模組22和第二分離模組24同樣也適用於第一分離模組52和第二分離模組54，並且以引用方式包含於第5圖所示的實施例中。
第6圖示出依據本發明另一個方面的用於三相交流電網的鎖相方法的程式流程圖。在該鎖相方法中，首先，執行步驟S1，接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量。然後，在步驟S2中，將兩路電壓Vgridα 和Vgridβ 依次經由做差、第一座標變換和第二座標變換進行濾波，得到與每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos 。接著，在步驟S3中，將兩路電壓Vgridα 和Vgridβ 依次經由第一座標變換、調節器和第二座標變換，得到與所述每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg 。最後，將每路電壓與相應的正序分量Vαpos 和Vβpos 、負序分量Vαneg 和Vβneg 進行疊加，以分離出每路電壓中的干擾量，並對干擾量進行補償。
在對干擾量進行主動補償時，較佳地，該鎖相方法還包括步驟：提供一給定爲零的參考干擾量；將參考干擾量（如，零給定）與每路電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，並通過一調節器對該誤差信號進行補償，以消除誤差；以及將補償後的信號經由第二座標變換得到負序分量Vαneg 和Vβneg 。
採用本發明中用於三相交流電網的鎖相系統及方法，通過第一分離模組將第一待分離量依次經由第一座標變換以及第二座標變換得到電網電壓相對應的正序分量，以及通過第二分離模組將第二待分離量依次經由第一座標變換以及第二座標變換得到電網電壓相對應的負序分量，從而能夠精確地得到電網電壓的正序分量和負序分量。另外，負序分量的分離過程採用閉環補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純淨的正序分量，提高了鎖相精度。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20、50．．．輸入模組
12、22、52．．．第一分離模組
14、24、54．．．第二分離模組
26、56．．．第一疊加模組
28、58．．．第二疊加模組
221．．．低通濾波器
223．．．第一調節器
225．．．積分器
241、243．．．調節器
dpos
．．．d軸上的正序分量
P1~P582．．．節點
qpos
．．．q軸上的正序分量
S1、S2、S3．．．步驟
Ua
、Ub
、Uc
．．．三相電壓
Vgridα
、Vgridβ
．．．電壓
Vαpos
、Vβpos
．．．正序分量
Vαneg
、Vβneg
．．．負序分量
θpos
．．．相位角度
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖示出依據本發明一個方面的用於三相交流電網的鎖相系統的結構示意圖；
第2圖示出第1圖的鎖相系統的一實施例的結構框圖；
第3圖示出第2圖的鎖相系統中的第一分離模組的結構示意圖。
第4圖示出第2圖的鎖相系統中的第二分離模組的結構示意圖；
第5圖示出第1圖的鎖相系統另一實施例的結構框圖；以及
第6圖示出依據本發明另一個方面的用於三相交流電網的鎖相方法的程式流程圖。
第1圖示出依據本發明一個方面的用於三相交流電網的鎖相系統的結構示意圖；
第2圖示出第1圖的鎖相系統的一實施例的結構框圖；
第3圖示出第2圖的鎖相系統中的第一分離模組的結構示意圖。
第4圖示出第2圖的鎖相系統中的第二分離模組的結構示意圖；
第5圖示出第1圖的鎖相系統另一實施例的結構框圖；以及
第6圖示出依據本發明另一個方面的用於三相交流電網的鎖相方法的程式流程圖。
20．．．輸入模組
22．．．第一分離模組
24．．．第二分離模組
26．．．第一疊加模組
28．．．第二疊加模組
P261、P262、P281、P282．．．節點
Ua
、Ub
、Uc
．．．三相電壓
Vgridα
、Vgridβ
．．．電壓
Vαpos
、Vβpos
．．．正序分量
Vαneg
、Vβneg
．．．負序分量
Claims (20)
- 一種用於三相交流電網的鎖相系統，包括：
一輸入模組，用於接收該三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量和負序分量；
一第一分離模組，用於將一第一待分離量經由α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換來得到d軸上的正序分量dpos 以及q軸上的正序分量qpos ，然後將該d軸上的正序分量dpos 通過d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換來輸出與該每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos ；以及
一第二分離模組，用於將第二待分離量經由α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換來輸出與該每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg ；
其中，該第一分離模組和該第二分離模組耦合成一閉環反饋，該第二分離模組採用該閉環補償得到負序分量，並消除該第一分離模組中的誤差，使該第一分離模組分離出該正序分量以便進行鎖相。 - 如請求項1所述之鎖相系統，更包括：
一第一疊加模組，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，該第一輸入端耦接至該輸入模組，該第二輸入端耦接至該第二分離模組的輸出端，以及該輸出端耦接至該第一分離模組的輸入端，該第一疊加模組用於接收該每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲該第一待分離量而輸出至該第一分離模組的輸入端；以及
一第二疊加模組，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，該第一輸入端耦接至該第一分離模組的輸入端，該第二輸入端耦接至該第一分離模組的輸出端，以及該輸出端耦接至該第二分離模組的輸入端，該第二疊加模組用於接收該第一疊加信號以及該正序分量，並將疊加後的信號作爲該第二待分離量而輸出至該第二分離模組的輸入端。 - 如請求項1所述之鎖相系統，更包括：
一第三疊加模組，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，該第一輸入端耦接至該輸入模組，該第二輸入端耦接至該第二分離模組的輸出端，以及該輸出端耦接至該第一分離模組的輸入端，該第三疊加模組用於接收該每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲該第一待分離量而輸出至該第一分離模組的輸入端；以及
一第四疊加模組，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，其中，該第一輸入端耦接至該輸入模組，該第二輸入端耦接至該第一分離模組的輸出端，該第三輸入端電性連接至該第二分離模組的輸出端，以及該輸出端耦接至該第二分離模組的輸入端，其中，該第四疊加模組用於接收該每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲該第二待分離量而輸出至該第二分離模組的輸入端。 - 如請求項1所述之鎖相系統，其中該第一分離模組更包括一低通濾波器，用於對該d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理。
- 如請求項4所述之鎖相系統，其中該第一分離模組更包括一第一調節器、一比較單元以及一積分器，該第一調節器與該比較單元相連接，以及該比較單元與該積分器相連接，其中，該q軸上的正序分量qpos 經由該第一調節器耦接至該比較單元的一輸入端子，將一預設頻率信號連接至該比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較後再經由該積分器輸出該正序分量的相位角度θpos 。
- 如請求項5所述之鎖相系統，其中將該積分器輸出的該正序分量的相位角度θpos 分別輸入至該第一分離模組中的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
- 如請求項5所述之鎖相系統，其中將與該積分器輸出的該正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至該第二分離模組中的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
- 如請求項1所述之鎖相系統，其中該第二分離模組更包括一第二調節器，用於對該干擾量進行調節。
- 如請求項5或8所述之鎖相系統，其中該第一調節器或第二調節器包括一比例積分調節器或一比例積分微分調節器。
- 如請求項1所述之鎖相系統，該鎖相系統應用於風力發電系統或太陽能發電系統。
- 一種用於三相交流電網的鎖相方法，該鎖相方法包括以下步驟：
（a）接收三相交流電網的三相電壓並將其轉換爲兩路電壓Vgridα 和Vgridβ ，每路電壓包括正序分量、負序分量；
（b）將一第一待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換，得到與該每路電壓相對應的正序分量Vαpos 和Vβpos ；
（c）將一第二待分離量依次經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換以及d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換，得到與該每路電壓相對應的負序分量Vαneg 和Vβneg ；以及
（d）將該每路電壓與相應的正序分量Vαpos 和Vβpos 、負序分量Vαneg 和Vβneg 進行疊加，以分離出該每路電壓中的干擾量，並對該干擾量進行補償。 - 如請求項11所述之鎖相方法，更包括：
提供一給定爲零的參考干擾量；
將該參考干擾量與該電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，並通過一調節器對該誤差信號進行補償，以消除誤差；以及
將補償後的信號經由d-q坐標系/α-β坐標系的座標變換來得到該負序分量Vα neg 和Vβ neg 。 - 如請求項11所述之鎖相方法，更包括：第一疊加步驟，用於：
接收該每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第一疊加信號作爲該第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端；以及
接收該第一疊加信號以及該正序分量，並將疊加後的信號作爲該第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。 - 如請求項11所述之鎖相方法，更包括：第二疊加步驟，用於：
接收該每路電壓以及各自的負序分量，並將疊加後的第二疊加信號作爲該第一待分離量而輸出至第一分離模組的輸入端；以及
接收該每路電壓以及各自的正序分量和負序分量，並將疊加後的信號作爲該第二待分離量而輸出至第二分離模組的輸入端。 - 如請求項11所述之鎖相方法，其中步驟（b）更包括濾波步驟，用於對經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換得到的d軸上的正序分量dpos 進行低通濾波處理。
- 如請求項15所述之鎖相方法，其中步驟（b）更包括相位角度産生步驟，用於將經由α-β坐標系/d-q坐標系的座標變換得到的q軸上的正序分量qpos 與一預設頻率信號進行比較，並對比較結果進行積分處理後得到該正序分量的相位角度θpos 。
- 如請求項16所述之鎖相方法，其中將該正序分量的相位角度θpos 分別輸入至第一分離模組中的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
- 如請求項16所述之鎖相方法，其中將與該正序分量的相位角度相對應的相位角度-θpos 分別輸入至第二分離模組中的α-β坐標系到d-q坐標系的座標變換過程以及d-q坐標系到α-β坐標系的座標變換過程。
- 如請求項11所述之鎖相方法，其中步驟（c）更包括調節步驟，用於對該干擾量進行補償。
- 如請求項19所述之鎖相方法，其中該調節步驟由一比例積分調節器或一比例積分微分調節器來執行。
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| CN109755964B (zh) * | 2019-03-18 | 2022-06-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种提高弱电网条件下双馈风电机组稳定性的控制方法 |
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| CN117614020B (zh) * | 2024-01-24 | 2024-03-29 | 浙江日风电气股份有限公司 | 一种软件锁相环的方法、装置以及介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH101681A (ja) * | 1996-04-19 | 1998-01-06 | Motoda Electron Co Ltd | 廃棄物の熱分解処理方法 |
| CN100521485C (zh) * | 2007-08-28 | 2009-07-29 | 清华大学 | 基于lcl滤波的电压型有源整流器稳定控制系统及方法 |
| CN100527595C (zh) * | 2007-09-07 | 2009-08-12 | 浙江大学 | 交流励磁双馈异步风力发电机转子电流无延时控制方法 |
| CN101141111B (zh) * | 2007-09-07 | 2010-07-28 | 浙江大学 | 一种双馈异步风力发电机转子电流无延时控制方法 |
| CN101826726A (zh) * | 2010-05-13 | 2010-09-08 | 余翔 | 一种三相负荷不平衡限制方法及调压型三相负荷不平衡限制器 |
| CN101487861B (zh) * | 2009-02-27 | 2011-08-31 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 电网电压跌落时刻电压相角跳变检测方法 |
| US8014181B2 (en) * | 2009-09-29 | 2011-09-06 | General Electric Company | Power conversion control system |
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH101681A (ja) * | 1996-04-19 | 1998-01-06 | Motoda Electron Co Ltd | 廃棄物の熱分解処理方法 |
| CN100521485C (zh) * | 2007-08-28 | 2009-07-29 | 清华大学 | 基于lcl滤波的电压型有源整流器稳定控制系统及方法 |
| CN100527595C (zh) * | 2007-09-07 | 2009-08-12 | 浙江大学 | 交流励磁双馈异步风力发电机转子电流无延时控制方法 |
| CN101141111B (zh) * | 2007-09-07 | 2010-07-28 | 浙江大学 | 一种双馈异步风力发电机转子电流无延时控制方法 |
| CN101487861B (zh) * | 2009-02-27 | 2011-08-31 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 电网电压跌落时刻电压相角跳变检测方法 |
| CN101673952B (zh) * | 2009-08-14 | 2011-10-05 | 燕山大学 | 基于交叉解耦自适应复数滤波器的精确锁相方法 |
| US8014181B2 (en) * | 2009-09-29 | 2011-09-06 | General Electric Company | Power conversion control system |
| CN101826726A (zh) * | 2010-05-13 | 2010-09-08 | 余翔 | 一种三相负荷不平衡限制方法及调压型三相负荷不平衡限制器 |
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