[发明专利]用于电网同步的基于隐式PI的数字锁相环系统

说明书

本发明提供的一种用于电网同步的基于隐式PI的数字锁相环系统，包括鉴相器、环路滤波器以及压控振荡器，其中：所述鉴相器为：(1)；所述环路滤波器为：(2)；所述压控振荡器为：θ＝∫ωdt(3)；其中，k_p和k_i为控制系数，和Δω分别为估计的和真实的角频率偏差，不仅能够适用于信号的小扰动后的静态稳定分析，而且能够适用于信号的大扰动后的暂态稳定分析，能有效应对电网电压相角、频率的扰动，能够精确控制并网逆变器以及并网逆变器的灵活运行，确保电力系统的安全与稳定。

技术领域

本发明涉及电气领域，尤其涉及一种用于电网同步的基于隐式PI的数字锁相环系统。

背景技术

并网逆变器是可再生能源接入电网的关键设备之一，随着可再生能源的快速发展，并网逆变器引起了广泛关注，而锁相环(英文全称为Phase-locked loop，简称PLL)作为并网逆变器控制策略中的一个共性关键环节，其性能的优劣不仅关系到并网逆变器的正常运行，而且还影响到新能源电力系统的安全稳定。

现有的并网逆变器的锁相环一般分为两大类，一类是变采样时间的锁相环，该类锁相环利用控制器对电网电压进行变采样时间的运算处理，确保电网与电压之间的快速同步，另一类为固定采样时间的锁相环，这类锁相环采样时间固定，且可以和并网逆变器的开关频率保持一致，便于分析设计，应用更加广泛，其中最常见的是基于静止同步坐标系的锁相环(Synchronous Reference Frame PLL，简称SRF-PLL)、双同步坐标系的锁相环(DoubleSynchronous Reference Frame PLL,简称DSRF-PLL)等，随着技术的发展，相继出现了二阶广义积分器锁相环(Second Order Generalized Integrator PLL,简称SOGI-PLL)以及多复系数滤波锁相环(Multiple Complex-Coefficient Filters,简称MCCF-PLL)等，然而，锁相环是一个非线性系统，现有的锁相环技术均采用局部线性化近似的小信号模型来进行分析和设计，对于小扰动后的静态稳定分析是合适的，但是难以适用于大扰动后的暂态稳定分析，此外，现有技术的锁相环与同步电机模型之间联系是被忽略了的，但是新能源所用的并网逆变器与同步发电机都是电网的电源，因此，锁相环与同步发电机模型之间必然存在联系。

因此，需要提出一种新的锁相环系统，不仅能够适用于信号的小扰动后的静态稳定分析，而且能够适用于信号的大扰动后的暂态稳定分析，能够精确控制并网逆变器以及并网逆变器的灵活运行，确保电力系统的安全与稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于电网同步的基于隐式PI的数字锁相环系统，不仅能够适用于信号的小扰动后的静态稳定分析，而且能够适用于信号的大扰动后的暂态稳定分析，能够精确控制并网逆变器以及并网逆变器的灵活运行，确保电力系统的安全与稳定。

本发明提供的一种用于电网同步的基于隐式PI的数字锁相环系统，包括鉴相器、环路滤波器以及压控振荡器，其中：

所述鉴相器为：

所述环路滤波器为：

所述压控振荡器为：θ＝∫ωdt (3)；

其中，k_p和k_i为控制系数，和Δω分别为估计的和真实的角频率偏差。

进一步，根据如下公式确定锁相环的数学模型：

所述鉴相器中锁相环T_dq为恒幅值的Park变换为：

其中，θ为锁相环检测到的电网电压u_a、u_b和u_C的相位,且有：