[发明专利]一种单相锁相方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及锁相技术领域，特别是涉及一种单相锁相方法及装置。

背景技术

单相电系统中的锁相环节是单相逆变器、电能质量检测的基础，因此锁相器性能的优劣直接关系到上述设备的性能。锁相的原理是通过一定的控制技术手段或装置，识别交流电网电压或电流当前所处正弦波的幅度、相位、频率这三个关键参数。

为了实现锁相，现有技术中一般的做法是采用过零点检测或通过一个二阶广义积分器产生一组正交信号后在DQ坐标系中实现锁相。上述两种锁相的方法应用在单相系统中存在一些问题：过零点检测每半个周期检测一次频率，虽然相对检测速度较快，但是受到外界干扰、控制误差等因素的限制而会影响检测准确度，并且无法识别两次过零点之间的信号频率变化情况；单相DQ坐标系锁相方法避免了过零点检测的弊端，大大降低了锁相的误差，但是不同于三相电系统，单相锁相中正交信号的产生会大幅降低锁相速度，无法准确反应电压输入信号的突变情况，在干扰较大时还可能引起锁相失败。

因此，如何提供一种锁相速度快、准确度高的单相锁相方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种单相锁相方法，克服了传统单相锁相方法速度慢、易受干扰的缺点，实现了单相电网中输入信号的相位、幅度、频率的快速、准确的锁相功能；本发明的另一目的是提供一种单相锁相装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种单相锁相方法，包括：

步骤A：接收单相电系统发送的输入信号；

步骤B：过零点捕获装置判断所述输入信号是否过零点，如果是，则进入步骤C；否则，进入步骤D；

步骤C：所述过零点检测锁相器中的过零点频率检测模块依据所述输入信号最近一次过零点到此次过零点的时间间隔计算得到第二频率，并将所述第二频率送至卡尔曼滤波器，进入步骤F；

步骤D：模数转换器ADC对所述输入信号进行模数转换得到离散输入信号，将所述离散输入信号分别传送至DQ坐标系锁相器和过零点检测锁相器中的最大值法幅度检测模块；

步骤E：所述DQ坐标系锁相器依据所述离散输入信号计算得到相位、第一幅值以及第一频率，并将所述相位、第一幅值以及第一频率送至所述卡尔曼滤波器；所述最大值法幅度检测模块确定所述离散输入信号在所述ADC采样周期内的最大值，并依据所述最大值计算得到第二幅值并送至所述卡尔曼滤波器；

步骤F：所述卡尔曼滤波器对所有所述相位、第一幅值、第一频率、第二幅值以及第二频率进行卡尔曼滤波，得到最终幅值、最终相位以及最终频率。

优选的，步骤E中所述DQ坐标系锁相器依据所述离散输入信号计算得到相位、第一幅值以及第一频率过程具体为：

单相正交信号发生器接收并依据所述离散输入信号以及锁频环FLL发送的频率值产生一组与所述离散输入信号同频率的相互正交的第一正弦信号和第二正弦信号并送至DQ坐标系锁相环，将与所述离散输入信号相位相同的所述第一正弦信号或第二正弦信号与所述离散输入信号进行幅值相减得到误差信号并送至锁相环FLL；

锁相环FLL将所述误差信号作为输入，经过误差跟踪后得到与所述输入信号同频率的所述频率值，并将所述频率值输出至所述单相正交信号发生器和DQ坐标系锁相环；

DQ坐标系锁相环对所述第一正弦信号、第二正弦信号以及频率值进行锁相计算，得到所述相位、第一幅值以及第一频率，并将所述相位、第一幅值以及第一频率送至卡尔曼滤波器。

优选的，步骤A中的所述输入信号为电压输入信号。

优选的，步骤A中的所述输入信号为电流输入信号。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种单向锁相装置，包括：

过零点捕获装置，用于接收单相电系统发送的输入信号，并判断所述输入信号是否过零点；

过零点频率检测模块，用于依据所述输入信号最近一次过零点到此次过零点的时间间隔计算得到第二频率，并将所述第二频率送至卡尔曼滤波器；

模数转换器ADC，用于接收单相电系统发送的输入信号，对所述输入信号进行模数转换得到离散输入信号，将所述离散输入信号分别传送至DQ坐标系锁相器和过零点检测锁相器中的最大值法幅度检测模块；

DQ坐标系锁相器，用于依据所述离散输入信号计算得到相位、第一幅值以及第一频率，并将所述相位、第一幅值以及第一频率送至所述卡尔曼滤波器；

最大值法幅度检测模块，用于确定所述离散输入信号在所述ADC采样周期内的最大值，并依据所述最大值计算得到第二幅值并送至所述卡尔曼滤波器；