[发明专利]基于离散三相二阶广义积分器的锁频环及电网状态跟踪方法

权利要求书

1.一种基于离散三相二阶广义积分器的锁频环，其特征在于：包括Clark变换器、两个减法器、两个离散二阶广义积分器、带归一化的离散锁频环、正/负序计算器以及Clark逆变换器；所述Clark变换器用于将三相序列电压从静止参考系变换到旋转参考系下的αβ两相正交电压；所述两个离散二阶广义积分器作为αβ两相正交电压的前置滤波器，分别在平行旋转参考系参考轴的两个方向上得到两对相互正交的序列基波信号；所述减法器用于将旋转参考系下的αβ两相正交电压分别和其滤波后的序列基波信号相减，得到两组误差信号；所述带归一化的离散锁频环用于将αβ方向的误差信号分别与对应的其正交方向上的序列基波信号乘积后相加得到频率误差信号，并将频率误差信号归一化后经负增益系数的累加器得到估计频率，并将估计频率作为中心频率传递给所述两个离散二阶广义积分器，形成对频率信号的闭环估计；所述正/负序计算器用于计算序列基波信号的正、负序分量，再经所述Clark逆变换器得到三相电压基波的正、负序分量。

2.根据权利要求1所述的基于离散三相二阶广义积分器的锁频环，其特征在于：所述离散二阶广义积分器的闭环状态空间表达式为：

其中，对应的是二阶广义积分器所观测的第k时刻的两个正交序列基波信号，上角标k+1表示第k+1时刻，ω表示从外部传递来的估计频率，T_s为采样周期，k_op为开环增益系数，u^k表示第k时刻的状态空间输入序列信号。

3.根据权利要求1所述的基于离散三相二阶广义积分器的锁频环，其特征在于：所述正/负序计算器计算序列基波信号的正、负序分量，其表达式为：

式中，与表示αβ参考系下的正序与负序的基波电压，v_α表示经过α参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与α参考轴平行基波电压序列信号，qv_α表示经过α参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与α参考轴正交基波电压序列信号，v_β表示经过β参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与β参考轴平行基波电压序列信号，qv_β表示经过β参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与β参考轴正交基波电压序列信号。

4.一种应用于权利要求1所述的锁频环的电网状态跟踪方法，应用于三相电电网，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，Clark变换器将三相电从静止参考系变换到旋转参考系下的αβ两相正交电压；

步骤2，离散二阶广义积分器对于αβ两相正交电压进行滤波处理，分别在平行旋转参考系参考轴的两个方向上得到两对相互正交的滤波后的序列基波信号，并在二阶广义积分器的输入端将αβ两相正交电压分别和其滤波后的序列基波信号相减得到两组误差信号；

步骤3，带归一化的离散锁频环将αβ方向的误差信号分别与对应的其正交方向上的序列基波信号乘积后相加得到频率误差信号，并将频率误差信号归一化后经负增益系数的累加器得到估计频率，实现估计频率跟随三相电网的基波频率；

步骤4，带归一化的离散锁频环将估计频率传递给所述离散二阶广义积分器作为中心频率，形成对频率信号的闭环估计；

步骤5，正/负序计算器计算步骤2中得到的序列基波信号的正、负序分量，得到旋转参考系下的基波的正、负序分量，再通过Clark逆变换器，将旋转参考系下的基波的正、负序分量变换到静止的三相参考系下，得到三相电压的基波的正、负序分量。

5.根据权利要求4所述的电网状态跟踪方法，其特征在于：所述离散二阶广义积分器的闭环状态空间表达式分别为：

其中对应的是二阶广义积分器所观测的第k时刻的两个正交序列基波信号，上角标k+1表示第k+1时刻，ω表示从外部传递来的估计频率，T_s为采样周期，k_op为开环增益系数，u^k表示第k时刻的状态空间输入序列信号。

6.根据权利要求4所述的电网状态跟踪方法，其特征在于：所述正/负序计算器计算序列基波信号的正、负序分量，其表达式为：

式中，与表示αβ参考系下的正序与负序的基波电压，v_α表示经过α参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与α参考轴平行基波电压序列信号，qv_α表示经过α参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与α参考轴正交基波电压序列信号，v_β表示经过β参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与β参考轴平行基波电压序列信号，qv_β表示经过β参考轴上的离散二阶广义积分器滤波后与β参考轴正交基波电压序列信号。