[发明专利]并网变流器输出锁相环系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种并网变流器输出锁相环系统及控制方法，所述并网变流器输出锁相环系统包括：Clark变换模块，对并网变流器输出的三相电压信号进行Clark变换；延时消除模块，对αβ坐标系下的两相电压进行延时消除；Park变换模块，根据初始输出相位对消除延时后的αβ坐标系下的两相电压进行Park变换；PI调节器，对q轴信号进行PI调节；积分模块，对电网电压估计值进行积分处理以获得初始输出相位；放大模块，对频率调节误差进行放大处理以获得相位补偿量；叠加模块，对初始输出相位和相位补偿量进行叠加处理以获得最终输出相位。本发明提供的并网变流器输出锁相环系统及控制方法，能够在系统电压不平衡或畸变时准确地获得并网变流器输出电压的基波频率和相位信息。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种并网变流器输出锁相环系统及控制方法。

背景技术

随着新能源发电、微网、高压直流输电等交直流混合系统的发展，作为功率交换接口的电力电子变流器在电力系统中得到越来越多的使用。并网变流器作为一类重要的电力电子装置，主要包括用于基波应用的风力发电并网逆变器、光伏并网逆变器、静止无功发生器和用于电网谐波治理的并联电力有源滤波器。

电网电压在理想状态下是三相对称的，但在实际电网中，常会出现电网电压三相不平衡，包括正常性的小值不平衡与故障性的暂态不对称电压跌落。很小的不平衡电压将造成并网变流器的电流高度不平衡与畸变，进而导致直流侧母线电压发生振荡，影响电网的稳定性。工作稳定、响应迅速的基波频率和相位跟踪系统是确保并网变流器稳定运行的关键，目前大多采用工频软件锁相算法实现电网电压的基波频率和相位实时检测，此种方法抗干扰性强，无需高精度高精密元件就能获得理想的检测精度。与电网正常运行下的控制策略相类似，并网变流器在电网不平衡状态下的内环控制主要有电流控制和直接功率控制两种，通常采用抑制有功功率二倍频脉动来消除直流侧母线电压二次谐波为控制目标的风机控制策略。然而，必要的正负序分量分离所带来的延时将使电流反馈量存在幅值与相位误差，影响整个控制系统的动态性能。

发明内容

本发明所要解决的是并网变流器输出正负序分量分离所带来的延时使电流反馈量存在幅值与相位误差、导致整个系统动态性能差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种并网变流器输出锁相环系统，包括：Clark变换模块，用于对并网变流器输出的三相电压信号进行Clark变换以获得αβ坐标系下的两相电压；延时消除模块，用于对αβ坐标系下的两相电压进行延时消除以获得消除延时后的αβ坐标系下的两相电压；Park变换模块，用于根据初始输出相位对消除延时后的αβ坐标系下的两相电压进行Park变换以获得d轴信号和q轴信号；PI调节器，用于对q轴信号进行PI调节以获得电网电压估计值和频率调节误差；积分模块，用于对电网电压估计值进行积分处理以获得初始输出相位；放大模块，用于对频率调节误差进行放大处理以获得相位补偿量；叠加模块，用于对初始输出相位和相位补偿量进行叠加处理以获得最终输出相位。

本发明提供的并网变流器输出锁相环系统能够准确快速地提取基波正序电压的幅值、相位以及频率，精度和动态特性远优于传统锁相算法。并且，本发明提供的系统可以通过软件编程实现，抗干扰性强；通过采用闭环控制，稳定性高，跟踪速度较快，暂态响应时间小于20ms，锁相频率范围较为宽泛，约45～60Hz，不受系统电压的谐波和瞬时跌落等工况的干扰，为并网变流器提供准确的系统同步相位信号。

可选的，所述延时消除模块的传递函数其中，n＝2^m且m为正整数，s为复数频率，e为自然常数，j为虚数单位，T＝0.02秒。

可选的，所述放大模块的放大系数

可选的，所述延时消除模块的传递函数其中，m为大于1的正整数，s为复数频率，e为自然常数，j为虚数单位，T＝0.02秒。由于电网电压的谐波含量频谱较广，对αβ坐标系下的两相电压进行多次延时消除处理可以进一步改善滤波性能。