[发明专利]基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环

说明书

本发明涉及一种基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环，基于虚拟三相算法构造单相信号的另外两相信号，所得的虚拟三相信号通过正序dq变换所得q轴分量的闭环控制对单相系统的电网电压进行数字锁相。为消除电网电压频率变化的影响，通过虚拟三相信号经负序dq变换所得q轴分量的闭环控制，调节虚拟三相算法的相关基频参数以自适应电网电压频率变化。该锁相环实现单相系统的精确锁相，可应用于分布式光伏等可再生能源并网发电领域，提高电力电子变流器控制性能，改善可再生能源发电系统并网点的电能质量。

技术领域

本发明涉及电力电子变流器技术领域，特别是涉及一种基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环。

背景技术

电力电子变流器是光伏、风电等可再生能源发电系统的关键设备，是光伏、风电与电网/微网母线相连接的电力电子接口，其性能好坏直接影响到并网点的电能质量。当光伏、风电等发电系统并网运行时，对电网/微网母线电压的相位锁定是实现电力电子变流器准确控制的基础，所采用的锁相技术好坏直接影响变流器的性能。在电力电子变流器锁相技术中，三相系统的锁相技术已十分完善，但单相系统的锁相技术仍需进一步研究。

目前单相系统的锁相技术主要是过零检测和基于构造正交信号的数字锁相方法。其中，过零检测方法存在无法实时检测工频周期内相位变化、以及检测精度受谐波影响大的缺陷；基于构造正交信号的数字锁相方法存在正交信号构造延时长、相位锁定速度慢、受输入信号频率变化影响大的不足。

发明内容

基于此，有必要提供一种基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环，基于虚拟三相算法构造单相信号的其它两相信号，形成对称的三相信号后进行正序dq变换，所得的q轴分量通过闭环控制被控为零，同时该闭合控制输出用于调节锁定相位的变化量，以实现电网电压相位锁定。为消除输入信号的频率变化对锁相环精度的影响，引入了基于负序dq变换所得q轴分量的闭环控制，通过该控制调节虚拟三相算法相关基频参数以适应电网电压的频率变化。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环，其包括：

虚拟三相算法模块，用于将采样所得的单相电网电压v_G通过虚拟三相算法得到abc坐标系下的虚拟三相信号v_{GA_v}、v_{GB_v}和v_{GC_v}。

在虚拟三相算法模块中，虚拟三相算法其本质是单相的采样信号通过移相的方式构造出对称的三相信号，使后续模块能够采用三相系统的数字锁相方法，以实现低延时、快速的电网电压相位锁定。

虚拟三相信号v_{GA_v}、v_{GB_v}和v_{GC_v}获取方法为：v_{GA_v}直接采用电网电压采样信号v_G数值；v_{GC_v}通过v_{GA_v}延迟60°后取相反数获得；v_{GB_v}通过v_{GA_v}与v_{GC_v}分别取相反数后加和获得。

延迟60°环节通过一阶惯性环节实现，可将固定频率的信号相位滞后60°且幅值保持不变，输入与输出的传递函数如式(1)所示：

式中：s为拉氏变换复参数，f为需延迟60°信号的基频，在本发明中为电网电压频率。因在具体实施中无法准确预测电网电压频率，可定义f＝k·50Hz，其中k为频率调节系数，在本发明中来自参数调节模块，利用闭环控制产生系数k，调节延迟60°环节作用的基频参数，以保证延迟60°环节对相位和幅值的作用不因电网电压频率变化而改变。