[发明专利]智能集成低压无功模块高精度锁相方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁相方法，特别是一种智能集成低压无功模块高精度锁相方法。

背景技术

在低压配电领域中，无论仪器仪表还是无功补偿模块，都需要同步电网相位进行精确的计算和控制，达到补偿和优化的效果。轧钢机、中频炉等不平衡、冲击性工业用电设备日益增多，由此产生了功率因数低、电压波动和闪变以及三相电压和电流不平衡等诸多电能质量问题。因此在对这类冲击负荷进行无功补偿时，需要采用瞬时无功功率进行快速补偿，而计算瞬时无功的关键在于电网同步锁相环的计算。

目前常见的锁相技术分为以下几种，一种是通过全硬件过零比较技术，采用过零比较法，电网电压信号进行模拟信号的隔离，隔离后的电压信号，经低通滤波，滤除高次的谐波电压分量。此法对于在电网电压谐波畸变严重的场合，可能在会在电压零点附近出现多次电平跳动，将同步失效。第二种：基波傅立叶变换计算相位法，此法只能使用于频率固定的场合，并且计算量大。第三种:基于dq算法的锁相技术，此法可分为三相和单相锁相，三相锁相只适应于电压平衡并且电压畸变不严重场合，对电网电压敏感，锁相误差较大；单相需要生成正交信号，一种采用滞后90°方式，另一种采用广义积分方式，前者由于电网频率的波动，无法实现精准滞后90°的信号，频率跟踪不精确导致锁相失效，后者对电网敏感，由于频率波动和谐波的影响，广义积分方式得到的正交信号将含有谐波分量，导致锁相失真。

传统的环路滤波器直接由PI调节器组成，这种环路滤波器稳态精度差，不能完全消除谐波以及频率变化对锁相环的输出精度的影响，由于传统锁相环PI调节器，若调节系数选取过大，锁相速度快，但是输出波动大，结果不精确，若选取较小，虽然波动会减小波动，但是锁相速度被大大降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能集成低压无功模块高精度锁相方法，程序实现简单，运算速度快，跟踪速度快，提高锁相环的同步精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种智能集成低压无功模块高精度锁相方法，其特征在于：包括乘法鉴相环节、变频率周期积分环节、变参数积分分离变速PI调节环节、角频率积分环节、频率估计环节、取余、正弦以及余弦；

乘法鉴相环节作为锁相技术的鉴相器，其输入信号为模数转化后电网数字电压与锁相输出相位的余弦；变频率周期积分环节和变参数积分分离变速PI调节环节组成改进后的环路滤波器，变频率周期积分环节的输入信号为乘法鉴相环节的输出和频率估计环节的输出，变频率周期积分环节的输出送入变参数积分分离变速PI调节环节；变参数积分分离变速PI调节环节的输出分别送入角频率积分环节以及频率估计环节进行计算得到电网电压的相位和频率；角频率积分环节的输出的余弦值反馈到鉴相器进行闭环控制；

频率估计环节由频率变化率限幅器和低通滤波器组成，频率变化率限幅器的输入为积分分离变速PI调节环节的输出进行频率与角频率转换后含有波动的频率，并送入到低通滤波器；低通滤波器的输出为电网频率的估计值，并将其送回变频率周期积分环节进行闭环控制；

取余的输入信号为角频率积分环节的输出，经过取余运算，输出电网同步相位角，并确保相位角在[0,2π]之间，避免积分运算导致数值溢出错误；正弦的输入信号为取余输出的电网同步相位角，输出电网基波同步标幺值；余弦的输入信号为取余输出的电网同步相位角，输出电网基波滞后90°的标幺值，作为相位的间接反馈量，实现相位闭环控制。

进一步地，所述变频率周期积分环节由周期滑窗积分环节和积分误差校正环节组成。

进一步地，所述周期滑窗积分环节根据反馈回来的电网频率，确定滑动窗的数值，计算出整数部分的周期滑窗积分量，再将该积分量与反馈频率相乘得到整数部分变频率周期积分环节输出量R₁，

其中：Fre为电网反馈频率，N_cur表示最新的采样数据点，N_int为一个周期采样整数点数，U_i为鉴相环节第i时刻的输出，为上一个采样点的累和值，最新的鉴相环节输出，一个周期前的鉴相环节输出。

进一步地，所述积分误差校正环节根据反馈回来的电网频率，以及采样时间间隔，确定一个周期的整点数以及由于取整造成的误差点数，再根据误差点数和积分定义，估计在误差时刻对应的鉴相输出值，然后根据上述的估计值，估算出误差点数所造成当前时刻的积分误差，最后将当前时刻的积分误差与反馈频率相乘得到积分误差校正环节输出量R₂。