一种弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环制造技术

本发明专利技术公开了一种弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环，属于并网逆变器的锁相环控制领域。本方法首先将三相并网电压U

【技术实现步骤摘要】
一种弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环


[0001]本专利技术属于并网逆变器的锁相环控制领域，具体涉及一种弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环。

技术介绍

[0002]随着新能源技术的快速发展，新能源逆变器的大规模接入，其渗透率不断提高，使得逆变器视角的电网等效阻抗随之增加，导致电网电压谐波含量增多且频率发生变化。特别在偏远地区及部分农村地区，由于输电半径大，且存在多级变压，导致该部分地区与外部电网联系较弱，呈现弱电网特性。
[0003]弱电网特性下，电网电压谐波会在系统的并网点产生谐波电流，与电网阻抗交互作用，加重电网谐波含量，现有电流源模式控制的并网逆变器其控制环路中存在电压前馈和锁相环，电压前馈引入的正反馈环路与锁相环的负阻抗特性都可导致系统稳定裕度降低甚至失稳。当前通过有源阻尼等局部改变被控对象特性的方法，仍无法使系统低频不稳定极点移动到左半平面。而通过减小锁相环和系统控制带宽、调理电网电压前馈通道的方法虽可在一定程度提高弱电网下并网逆变器稳定性，但并网控制的动态性能将受限。因此，为了抑制弱电网下电网电压谐波，提高逆变器的稳定性，对锁相环进行改进是十分有必要的。
[0004]目前，关于弱电网下逆变器的锁相环控制方案，已有多篇学术论文进行分析报道，例如：
[0005]1、题为“基于状态反馈的锁相环带宽自适应并网逆变器控制方法”，中国专利文献CN110311416B于2020年9月1日授权公告，是通过在通过基于微分负反馈的状态反馈控制实现了并网逆变器低频谐振的同时，通过离散傅里叶算法检测并网逆变器低频段的谐波幅值来自适应调整并网逆变器的锁相环带宽，进一步保证了并网逆变器在弱电网下相位裕度，提高了并网逆变器的电网适应性。
[0006]2、题为“Optimization strategy and stability analysis of grid
‑
connected inverter based on PLL positive sequence grid voltage feedforward in weak grid”，Z.Peng，B.Wang，W.Xu and Y.Yan，2021China Automation Congress(CAC)，2021，pp.6941
‑
6946，(“弱电网下基于锁相环正序电网电压前馈的并网逆变器优化策略及稳定性分析”，2021中国自动化大会(CAC)，2021年，第6941
‑
6946页”)采用频域分析方法分析了电网阻抗、PLL带宽和电流内环控制参数对系统稳定性的影响规律，利用锁相环正序电压前馈策略和增大比例系数，以及增大比例系数和积分系数的比值，实现锁相环带宽的减小，提高系统稳定性。
[0007]然而，上述改进锁相环控制方案存在以下问题：
[0008]1)上述控制方案采用调节锁相环带宽的方法降低谐波对系统稳定性的影响，但锁相环带宽减少不能从根本上消除电网谐波对锁相环输出相角的影响，且难以根据电网相位准确确定具体的带宽。
[0009]2)上述控制方案提出锁相环正序电网电压前馈控制和优化控制参数提高逆变器
在弱电网下的稳定性，但是无法完全消除电网谐波的影响。

技术实现思路

[0010]本专利技术目的是针对弱电网下谐波较大且频率发生变化，锁相环在控制环路的负阻特性导致该情况下逆变器的稳定性问题，提供了弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环，有效避免了弱电网下锁相环输出频率和相位受低次谐波和频率波动的影响，提高了逆变器的稳定性。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供了一种弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环，所述弱电网包括一个并网逆变器，包括以下步骤：
[0012]步骤1，通过采样，获得并网逆变器的三相并网电压U
a
，U
b
，U
c
，经Clark变换得到并网电压αβ轴分量U
α
，U
β
，Clark变换的表达式为：
[0013][0014]步骤2，引入卡尔曼滤波器的观测信号矩阵y，y＝[U
α U
β
]T
，给定观测噪声协方差矩阵R、过程噪声协方差矩阵Q、第一增益矩阵C、五次谐波的频率f1、七次谐波的频率f2，计算第二增益矩阵A、卡尔曼增益矩阵H、状态变量矩阵X、估计误差的协方差矩阵P，其计算式分别如下：
[0015][0016]H＝(A1P1A
1T
+Q)C
T
(C(A1P1A
1T
+Q)C
T
+R)
‑1[0017]X＝A1X1+H1(y
‑
CA1X1)
[0018]P＝(I
‑
H1C)(A1P1A1T+Q)
[0019]式中，A1为上一拍的第二增益矩阵，H1为上一拍的卡尔曼增益矩阵，X1为上一拍的状态变量矩阵，P1为上一拍的估计误差的协方差矩阵，f
rej
′
为上一拍的并网基波频率，A
1T
为上一拍的第二增益矩阵A1的转置，C
T
为第一增益矩阵c的转置，I为单位矩阵，t为采样时间；
[0020]步骤3，步骤2中得到的状态变量矩阵X中包含基频并网电压αβ轴分量U
α
′
，U
β
′
、五次谐波并网电压αβ轴分量U
α
″
，U
β”和七次谐波并网电压αβ轴分量U
α
″′
，U
β
″′
，X＝[U
α
′
U
β
′
U
α
″
U
β
″
U
α
″′
U
β
″′
]，从状态变量矩阵X中取基频并网电压αβ轴分量U
α
′
，U
β
′
，分别送入二阶广义积分器SOGI结构，输出为：
[0021]基频并网电压α轴分量U
α
′
产生两路电压信号，分别记为第一电压信号u
α
和第二电压信号qu
α
，其中，第一电压信号u
α
与基频并网电压α轴分量U
α
′
的幅值和相位均相等，第二电压信号qu
α
与基频并网电压α轴分量U
α
′
的幅值相等、相位滞后90
°
；
[0022]基频并网电压β轴分量U
β
′
产生两路电压信号，分别记为第三电压信号u
β
和第四电压信号qu
β
，其中，第三电压信号u
β
与基频并网电压β轴分量的U
β
′
的幅值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弱电网下低次谐波与频率波动友好的锁相环，所述弱电网包括一个并网逆变器，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，通过采样，获得并网逆变器的三相并网电压U
a
，U
b
，U
c
，经Clark变换得到并网电压αβ轴分量U
α
，U
β
，Clark变换的表达式为：步骤2，引入卡尔曼滤波器的观测信号矩阵y，y＝[U
α U
β
]
T
，给定观测噪声协方差矩阵R、过程噪声协方差矩阵Q、第一增益矩阵C、五次谐波的频率f1、七次谐波的频率f2，计算第二增益矩阵A、卡尔曼增益矩阵H、状态变量矩阵X、估计误差的协方差矩阵P，其计算式分别如下：H＝(A1P1A
1T
+Q)C
T
(C(A1P1A
1T
+Q)C
T
+R)
‑1X＝A1X1+H1(y
‑
CA1X1)P＝(I
‑
H1C)(A1P1A
1T
+Q)式中，A1为上一拍的第二增益矩阵，H1为上一拍的卡尔曼增益矩阵，X1为上一拍的状态变量矩阵，P1为上一拍的估计误差的协方差矩阵，f
rej
′
为上一拍的并网基波频率，A
1T
为上一拍的第二增益矩阵A1的转置，C
T
为第一增益矩阵C的转置，I为单位矩阵，t为采样时间；步骤3，步骤2中得到的状态变量矩阵X中包含基频并网电压αβ轴分量U
α
′
，U
β
′
、五次谐波并网电压αβ轴分量U
α
″
，U
β
″
和七次谐波并网电压αβ轴分量U
α
″′
，U
β
″′
，X＝[U
α
′ꢀ
U
β
′ꢀ
U
α
″ꢀ
U
β
″ꢀ
U
α
″′ꢀ
U
β
″′
]
T
，从状态变量矩阵X中取基频并网电压αβ轴分量U
α
′
，U
β
′
，分别送入二阶广义积分器SOGI结构，输出为：基频并网电压α轴分量U
α
′
产生两路电压信号，分别记为第一电压信号u
α
和第二电压信号qu
α
，其中，第一电压信号u
α
与基频并网电压α轴分量U
α
′
的幅值和相位均相等，第二电压信号qu
α
与基频并网电压d轴分量U
α
′
的幅值相等、相位滞后90
°
；基频并网...

【专利技术属性】
技术研发人员：余畅舟，孙琪，徐海珍，沈龙，曹文杰，陈琛，郭磊磊，
申请(专利权)人：合肥学院，
类型：发明
国别省市：