[发明专利]一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路

权利要求书

1.一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，其特征在于，包括Clarke变换部分、Park变换部分、移动平均值滤波器、标么化转换部分、双自由度PID补偿器和VCO环节；

所述Clarke变换部分用于将三相配电网采样电压V_a,V_b,V_c转化成两相静止坐标系电压V_α,V_β；Clarke变换部分的输出为Park变换部分的输入，Park变换部分输出的q轴分量V_q经标么化转换部分转换为移动平均值滤波器的输入；

所述双自由度PID补偿器分为PID1补偿器和PID2补偿器，PID1补偿器用于对配电网电压实际相位θ的跟踪锁相，而PID2补偿器则用于对系统电压幅值和频率变化的抗扰动；

移动平均值滤波器的输出接至前向通道PID1补偿器，前向通道PID1补偿器的输出与反馈通道PID2补偿器的输出之和，再与初始角频率的和接入VCO环节，VCO环节的输出为锁相相位，该锁相相位反馈至Park变换部分和反馈通道PID2补偿器的输入；锁相环用于跟踪配电网的频率和相位，并输出角频率和相位。

2.根据权利要求1所述的一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，其特征在于，所述PID1补偿器的传递函数PID₁(s)为：

其中，S是变量，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；T_f为滤波系数，一般为微分系数的1/10；b为比例占比系数，c为微分占比系数；

所述PID2补偿器的传递函数PID₂(s)为：

其系数定义如PID₁(s)，S是变量，K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数；T_f为滤波系数，一般为微分系数的1/10；b为比例占比系数，c为微分占比系数。

3.根据权利要求2所述的一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，其特征在于，所述移动平均值滤波器用于滤除配电网电压中的谐波分量和直流分量，降低谐波对锁相环相位的畸变程度；所述移动平均值滤波器的传递函数MAF(s)为：

其中，S是变量，ω_c为带宽，ω₀为工频角频率，T_ω为工频周期20ms，e是自然数。

4.根据权利要求3所述的一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，其特征在于，所述锁相环包含Park变换、标么化转换和双自由度PID补偿器；

所述Park变换用于将两相静止坐标电压转化为与配电网电压频率相同的同步坐标信号，通过保持同步坐标系q轴分量的值为0，就能跟踪配电网的频率和相位；

所述标么化转换将Park变换q轴分量滤波输出值除以d轴分量滤波输出值，克服电压深度跌落时，锁相环由于PID增益不够的失稳问题。

5.根据权利要求4所述的一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，其特征在于，所述Park变换计算如下：

其中，V_d和V_q分别为配电网电压在两相同步坐标系中的d,q分量，为估计的角频率；V_α,V_β为两相静止坐标系电压；

所述为通过对所述PID补偿器输出和初始角频率之和获得的系统角频率进行积分得到。