一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法技术

本发明专利技术涉及一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，包括步骤S1：进行3s/2s变换；步骤S2：输入到由双二阶广义积分器组成的分离器中，滤除全部的高次谐波和部分的低次谐波；步骤S3：输入到正负序级联DSC，滤除剩余的低次谐波；步骤S4：经2s/3s变换分离出三相静止坐标系的正负序分量；步骤S5：经dq变换得到q轴正序分量；步骤S6：将q轴正序分量反馈给软件锁相环，锁定电网的角频率和相位角；步骤S7：角频率和相位角进行反馈。与现有技术相比，本发明专利技术利用SOGI和级联DSC的特性，在电网电压正常、畸变、对称故障、不对称故障以及频率变化的情况下，快速而准确地锁定电网电压的正负序基波分量。

【技术实现步骤摘要】
一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法
本专利技术涉及电能检测和电能应用领域，尤其是涉及一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法。
技术介绍
随着电力系统中非线性用电设备，尤其是电力电子装置的广泛应用，电力系统中的电能质量污染问题也越来越严重并影响供电质量。为此，人们提出了的基于晶闸管相位控制技术的高压直流输电系统(HVDC)，静止无功补偿器(SVC)和可控串联补偿器(TCSC)，静止同步补偿器(STATCOM)，动态电压恢复(DVR)和有源电力滤波器(APF)等基于电力电子器件的改善电压质量的设备。另外，随着太阳能、风能等可再生能源发电技术的不断进步，可再生能源发电系统必须与现有电力网并网，才能最大限度地发挥其作用，可再生能源发电系统一般也是通过电力变换器并入电网。上述这些基于电力电子技术的电力变换器都有一个共同的特点，它们的控制依赖于电源电压与电网保持同步运行。要实现并网变换器与电网的同步运行，首先必须检测电网电压的频率和相位，并以此来控制变换器，使其与电网电压保持同步。实际应用中一般用锁相环来获得电网电压相位角，它的基本功能是用来锁定单相电压的相位或者三相电网电压正序分量的相位，但有的情况下还需要提供频率和幅值信息，锁相系统的这些输出信息都参与了电力变换器的控制过程，因而它的性能好坏与否在电力变换器系统中起到举足轻重的作用。但是，在电网三相不平衡的情况下，由于存在着负序分量和谐波分量，常规的软件锁相环(SoftwarePhaseLockedLoop，SPLL)失去锁定电网基波分量的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，以克服在电网三相不平衡的情况下，常规的软件锁相环失去锁定电网基波分量的能力，同时，在电网对称、不对称故障、电网电压畸变和频率偏移的情况下，都可以锁定电网的基波分量，并将正负序分量和谐波分量分离出来。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，包括以下步骤：步骤S1：通过3s/2s变换，将三相静止坐标系上的abc分量Ua、Ub、Uc转化为两相静止坐标系上的αβ分量Uα、Uβ；步骤S2：将步骤S1中的Uα、Uβ输入到由双二阶广义积分器组成的分离器中，对全部的高次谐波和部分的低次谐波进行滤除，得到第一次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S3：将步骤S2中的输入到正负序级联DSC，对剩余的低次谐波进行滤除，得到第二次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S4：步骤S3中的经过2s/3s变换，分离出三相静止坐标系的正负序分量步骤S5：步骤S4中的经过dq变换，得到dq坐标系上的q轴正序分量步骤S6：将步骤S5中的反馈给软件锁相环，锁定电网的角频率ω0和相位角θ；步骤S7：将步骤S5中的ω0反馈给双二阶广义积分器和正负序级联DSC，并将步骤S5中的θ反馈给dq变换。所述步骤S2的具体步骤为：201：由步骤S1得到的αβ分量Uα、Uβ获得202：将分别输入到双二阶广义积分器中，得到输出满足以下传递函数：其中，q＝e-j90°，qU'α滞后于U'α90°，qU'β滞后于U'β90°，k为增益系数，ω0为步骤S6中锁定电网的角频率；203：由得到满足以下公式：所述增益系数k取值范围为1≤k≤3。所述增益系数k优选为1.41。所述步骤S3中与满足以下公式：其中，下标pos、neg分别表示正、负序分量，n1、n2分别取值为n1＝2(n-1)、n2＝2(n+1)，n为谐波次数，T表示基波分量周期。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)为了克服在电网三相不平衡的情况下，常规的软件锁相环失去锁定电网基波分量的能力的缺陷，提出了一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，在软件锁相环中加入了由双二阶广义积分器组成的分离器和正负序级联DSC，通过基于SOGI和级联DSC组成的滤除谐波和分离正负序分量的结构，能够在电网对称、不对称故障、电网电压畸变和频率偏移的情况下，都可以锁定电网的基波分量，并将正负序分量和谐波分量分离出来，从而实现稳定可靠的软件锁相环功能。2)针对双二阶广义积分器输出的正负序分量存在部分低次谐波的情况，利用级联的DSC算法消除系统中SOGI滤波效果不理想的低次谐波，以便进一步锁定电网的基波分量。附图说明图1为二阶广义积分器的结构图；图2为双二阶广义积分器在本专利技术方法中的原理框图；图3为正负序级联DSC在本专利技术方法中的原理框图；图4为常规软件锁相环原理图；图5为基于本专利技术方法的正负序分量分离原理框图；图6(a)为本专利技术实施例中电网电压对称时的正负序分量分离波形图；图6(b)为本专利技术实施例中电网电压不对称时的正负序分量分离波形图；图6(c)为本专利技术实施例中电网电压畸变时的正负序分量分离波形图；图6(d)为本专利技术实施例中电网电压频率变化时的正负序分量分离波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图5所示，一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，包括以下步骤：步骤S1：通过3s/2s变换，将三相静止坐标系上的abc分量Ua、Ub、Uc转化为两相静止坐标系上的αβ分量Uα、Uβ，即经Tαβ实现Clark变换，步骤S2：将步骤S1得到的αβ分量Uα、Uβ输入到由双二阶广义积分器组成的分离器中，对全部的高次谐波和部分的低次谐波进行滤除，得到第一次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S3：将步骤S2得到的第一次滤波后的两相静止坐标系的正负序分量输入到正负序级联DSC，对剩余的低次谐波进行滤除，得到第二次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S4：步骤S3得到的第二次滤波后的两相静止坐标系的正负序分量经过2s/3s变换，分离出三相静止坐标系的正负序分量步骤S5：步骤S4得到三相静止坐标系的正序分量经过dq变换(即Park变换)，得到dq坐标系上的q轴正序分量步骤S6：将步骤S5中的q轴正序分量反馈给软件锁相环，锁定电网的角频率ω0和相位角θ；步骤S7：将步骤S5得到的角频率ω0反馈给双二阶广义积分器和正负序级联DSC，并将步骤S5得到的相位角θ反馈给dq变换。图1为二阶广义积分器原理框图。由图1可得传递函数为：由相频特性图可知，在ω0(此时取50Hz)为电网基波频率(即SPLL频率输出)时，s＝jω0，输出U'与输入U同相位，输出qU'与输入U相差90°，且两者与输入同频。图2为双二阶广义积分器在本专利技术SPLL中的原理框图，则步骤S2的具体步骤为：201：由步骤S1得到的αβ分量Uα、Uβ获得202：将分别输入到双二阶广义积分器中，得到输出满足以下传递函数：其中，q＝e-j90°，上标“+、-”代表正、负序分量，“α、β”代表经过坐标变换后α轴、β轴上的分量，则qU'α滞后于U'α90°，qU'β滞后于U'β90°，k为增益系数，k的取值范围为1≤k≤3，优选为1.41，此时效果最好，ω0为步骤S6中锁定电网的角频率；203：由得到满足以下公式：图3为正负序级联DSC在本专利技术SPLL中的原理框图。在正序旋转坐标系中，正序分量为直流量、负本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过3s/2s变换，将三相静止坐标系上的abc分量Ua、Ub、Uc转化为两相静止坐标系上的αβ分量Uα、Uβ；步骤S2：将步骤S1中的Uα、Uβ输入到由双二阶广义积分器组成的分离器中，对全部的高次谐波和部分的低次谐波进行滤除，得到第一次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S3：将步骤S2中的输入到正负序级联DSC，对剩余的低次谐波进行滤除，得到第二次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S4：步骤S3中的经过2s/3s变换，分离出三相静止坐标系的正负序分量步骤S5：步骤S4中的经过dq变换，得到dq坐标系上的q轴正序分量步骤S6：将步骤S5中的反馈给软件锁相环，锁定电网的角频率ω0和相位角θ；步骤S7：将步骤S5中的ω0反馈给双二阶广义积分器和正负序级联DSC，并将步骤S5中的θ反馈给dq变换。

【技术特征摘要】
1.一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：通过3s/2s变换，将三相静止坐标系上的abc分量Ua、Ub、Uc转化为两相静止坐标系上的αβ分量Uα、Uβ；步骤S2：将步骤S1中的Uα、Uβ输入到由双二阶广义积分器组成的分离器中，对全部的高次谐波和部分的低次谐波进行滤除，得到第一次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S3：将步骤S2中的输入到正负序级联DSC，对剩余的低次谐波进行滤除，得到第二次滤波后的两相静止坐标系上的正负序分量步骤S4：步骤S3中的经过2s/3s变换，分离出三相静止坐标系的正负序分量步骤S5：步骤S4中的经过dq变换，得到dq坐标系上的q轴正序分量步骤S6：将步骤S5中的反馈给软件锁相环，锁定电网的角频率ω0和相位角θ；步骤S7：将步骤S5中的ω0反馈给双二阶广义积分器和正负序级联DSC，并将步骤S5中的θ反馈给dq变换；所述步骤S2的具体步骤为：201：由步骤S1得到的αβ分量Uα、Uβ获得202：将分别输入到双二阶广义积分器中，得到输出满足以下传递函数：其中，q＝e-j90°，qU'α滞后于U'α90°，qU'β滞后于U'β90°，k为增益系数，ω0为步骤S6中锁定电网的角频率；203：由得到满足以下公式：

【专利技术属性】
技术研发人员：程启明，郭凯，徐聪，黄伟，黄山，张海清，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海;31