[发明专利]基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环

摘要

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。

主权项

1.一种基于虚拟三相算法的频率自适应单相锁相环，其特征在于，包括：虚拟三相算法模块、锁相控制模块和参数调节模块；所述虚拟三相算法模块根据单相电网电压信号vG并采用60°延时的虚拟三相算法生成abc坐标系下的虚拟三相信号vGA_v、vGB_v和vGC_v，具体方法为：vGA_v直接采用单相电网电压信号vG的数值；vGC_v通过vGA_v延迟60°环节后取相反数获得；vGB_v通过vGA_v与vGC_v分别取相反数后加和获得；所述延迟60°环节通过一阶惯性环节实现，输入与输出的传递函数如下：式中：s为拉氏变换复参数，f为电网电压频率，定义f＝k·50Hz，其中k为频率调节系数，由所述参数调节模块中的闭环控制产生；所述锁相控制模块，用于锁定电网电压相位，abc坐标系下的虚拟三相信号vGA_v、vGB_v和vGC_v经正序dq变换后得到dq坐标系下的虚拟三相矢量信号vGd_vP和vGq_vP；所得的虚拟三相矢量信号的q轴分量vGq_vP与零作比较，其差通过PI调节器控制后取相反数，与电网电压上一采样周期相位ωt0及相位的固定增量Δωt0相加后得到相位ωt；上一采样周期相位ωt0被用于正序dq变换矩阵CP，以形成闭环控制，实现ωt对电网电压相位的锁定；在所述锁相控制模块中，正序dq变换计算公式如下式所示：其中，所述参数调节模块，用于调节所述虚拟三相算法模块中的频率调节系数k，具体算法为：vGA_v、vGB_v和vGC_v经负序dq变换后得到dq坐标系下的虚拟三相矢量信号vGd_vN和vGq_vN；所得的虚拟三相矢量信号的q轴分量vGq_vN与零作比较，其差通过PI调节器控制后取相反数，作为所述虚拟三相算法中延迟60°环节的频率调节系数k，在所述参数调节模块中，负序dq变换计算公式如下式所示：其中，