[发明专利]一种基于四采样法转换延时的锁频方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于四采样法转换延时的锁频方法及装置，包括以下步骤：获取初始三相电网电压并转换为在αβ两相静止坐标系下的表示；构建基于四采样法转换延时的锁频环模型，利用所述锁频环模型确定电网频率估计值及三相电网电压的正序分量和负序分量。本发明能够解决锁频环中整个环路锁定时间长、电压信号存在直流偏置情况下锁频易受干扰、以及谐波抑制能力差的问题。

技术领域

本发明涉及逆变器并网技术领域，具体涉及一种基于四采样法转换延时的锁频方法及装置。

背景技术

在当今的电力生产、传输、分配、消耗体系中，接入各类电力电子设备对电能进行灵活、可靠的二次调节，有利于有效增强电力系统的稳定性，提高能量的使用效率。当分布式电源通过并网变换器接入大电网时，并网变换器控制需要电网同步系统准确地估计电网基波正序电压的频率和相位信息。目前，电网同步技术中应用最广泛的是锁相环技术和锁频环技术。

锁相环技术相较于锁频环技术较早，诞生于20世纪30年代，起初其被应用于无线电通讯技术中。之后，研究人员发现其在估计电力信号的基本参数(相位，频率，幅值)，检测谐波含量和电网质量检测，交、直流机器的控制，分布式发电系统，微电网的孤岛效应监测，电网错误以及电压下垂检测，电网同步计算技术等领域中可以被广泛应用。相比之下，对锁频环的研究只可以追溯到二十年前，研究的时间较短。锁相环与锁频环是两种闭环的同步技术，它们同属于非线性的控制系统，但是却工作在不同的参考坐标系中。由于在小信号模型和滤波能力上的进步，锁频环的所能发挥的作用越来越大。如今，除了电力变换器的相位同步领域，锁频环还应用于很多的其他领域。如自适应频率共振控制器，电力系统中孤岛效应的监测，电化学振荡估计，监测和分离电力信号中的基频及干扰部分等领域。

如何提高传统同步坐标系下的锁相环(SRF-PLL)的抗干扰能力，从而提高电力系统中电网质量问题是现今研究方向的重点。此外，提高传统SRF-PLL的动态特性和改变其稳态特性也是研究人员关注的热点。除了对传统的方法进行改进，越来越多的结构更加简单，性能更好的锁相环及锁频环结构被提出。

锁相环及锁频环技术同时广泛应用于轨道交通系统中。在轨道交通系统中，由于车载交流电频率是列车用电设备用电安全性、可靠性得到重要保障的前提，所以需要快速、有效的方法来检测车载交流电的频率。但是，由于车载交流电网并非是理想化，车载交流电网存在幅值跳变、相位跳变、频率跳变、谐波干扰、直流偏置等问题，这些因素都会导致车载交流电网的波动，当车载交流电网发生波动，会导致频率估计不准，从而会对轨道交通列车车载用电设备用电造成干扰。所以及时有效地预估车载交流电网的频率是十分重要的。针对这一问题，电力电子学术界提出了很多相关的预估车载交流电网频率的方法。如何在这些方法中找出一个兼具快速性和稳定性的方法是具有挑战性的，这也是轨道交通车载交流电网频率预估的重中之重。

锁频环是通过检测电网频率与估计频率之间的误差作为反馈，实现电网频率的同步，电网相角一般通过直接计算得到，频率误差的获得通常在静止坐标系下实现。目前已经被提出的一个典型的锁频环结构是一种基于2阶广义积分器的锁频环(Second ordergeneralized integrator frequency locked loop,SOGI-FLL)，通过反馈频率信息实现对电网基频信号的实时跟踪，提高逆变器的同步性能，改善并网电能质量。但是该方法不能对直流偏置进行处理，当存在直流偏置时，其正、负序分量估计会存在问题。

研究人员就如何处理直流偏置问题提出多种方法。第一种是研究人员通过对两个延时分量和原始信号进行算术运算，将直流分量消除，从而使正、负序分量的估计以及频率估计准确。第二种是基于延时的方法，即ETD-FLL。其主要是在李亚布诺夫模型的基础上提出了一种可以消除直流偏置的算法。第三种是利用电网初始电压与其延时电压之间的一种关系建立一个数学模型，该模型使用基本算数运算将电压分量中的直流分量除去。但以上方法谐波抑制能力较弱。

发明内容