[发明专利]一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路

说明书

本发明公开了一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，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；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；双自由度PID补偿器分为PID1补偿器和PID2补偿器；移动平均值滤波器的输出接至前向通道PID1补偿器，PID1补偿器的输出与反馈通道PID2补偿器的输出以及之和初始角频率接入VCO环节，其输出反馈至Park变换部分和反馈通道PID2补偿器的输入。实现包含大量谐波甚至配电网故障时相位跳变的快速锁相。

技术领域

本发明涉及一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，属于分布式能源变流器的技术领域。

背景技术

近年来，随着并网变流器的不断接入，配电网电压的情况变得极其复杂，然而并网变流器主要依靠锁相环准确获取电网电压幅值和相位信息，实现稳定的运行特性，因此当出现故障或谐波大波动时，有可能导致锁相出现错误。

基于双同步参考坐标系的锁相环、基于解耦多同步参考坐标系(decouple doublesynchronous reference frame PLL，DDSRF-PLL)等方法都获得了一定效果，克服了传统单坐标系锁相环的缺点，解决了谐波工况下的锁相问题，但结构太复杂，且这类锁相环的动态性能与锁相环的PI参数或低通滤波器参数有一定的关系。然而，传统一自由度PI控制存在一定局限性，只能较好地满足跟踪和抗扰动特性中的任何一种特性。比如按跟随特性进行控制器参数整定得到优化值，由于系统的维一控制自由度已确定不能再调整，使得系统抗扰性能无法进一步优化；同理，按抗扰特性进行参数整定，将导致系统跟随性能无法进一步优化。因此，上述PI参数或低通滤波器只能实现跟随和抗扰动性能的折中，在复杂环境下，对于传统的跟踪优先前提下，对大扰动抑制的参数整定较困难。事实上，随着并网装置的增多以及主动配电网的不断发展，复杂情况下的变流器锁相并网也是近年来锁相环技术需要解决的新方向。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于双自由度PID补偿的锁相环电路，可以有效克服低次谐波和直流分量对锁相环的影响，也可以精确跟踪电网频率的斜坡变化。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

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。

所述PID1补偿器的传递函数PID₁(s)为：