[发明专利]一种具有锁相和调幅功能的三相正弦波发生方法及系统

权利要求书

1.一种具有锁相和调幅功能的三相正弦波发生方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，设置运行模式，为自主跟踪输入电压相位或独立发正弦波运行模式；

步骤2，根据运行模式确定相位调整角，在自主跟踪输入电压相位模式下，根据输入电压进行电压锁相确定相位调整角，在独立发正弦波运行模式下直接读取设定的相位调整角；

步骤3，根据相位调整角计算三相电压标幺值，结合各相基准幅值，生成三相正弦波；

步骤2中，在自主跟踪输入电压相位模式下，对单相输入电压进行电压锁相，确定相位调整角的具体方法为：

(1)对单相输入电压Ua进行幅值比例缩小，得到交流小信号ua；

(2)对交流小信号ua进行过零比较，得到与输入电压信号同频的方波电平Sa；

(3)根据方波电平Sa计算输入信号的平均频率f0，方法为：

计算方波电平Sa相邻两次上升沿中断的计数差值为Na；结合计数器时钟周期Tclock，得到Ua频率fa＝1/(Tclock*Na)，进而得到平均频率f0＝fa；

(4)根据交流小信号ua和平均频率f0进行电压锁相，得到相位调整角Δθn，方法为：

对交流小信号ua进行切比雪夫低通滤波，结合平均频率f0，将相位进行1/4周期延迟得到正交信号Uβ，Uα＝ua；

对Uα，Uβ进行Park变换得到旋转坐标系下Uq后，将0与Uq的误差信号送入PI调节器，将PI调节器输出信号与初始相位2πf0相叠加，通过积分得到相位角θn，

根据相位角θn结合最大步长参数进行步长限幅，得到相位调整角Δθn：

根据相位调整角Δθn，进行Park变换，得到旋转坐标系下Uq：

Uq＝-Uα×sinΔθn+Uβ×cosΔθn

其中，sinΔθn和cosΔθn由查正/余弦函数表得到，INT为取整函数，MOD为取余函数，具体表达式为：

将0与Uq的误差信号再次送入PI调节器，直到Uq近似等于0时，实现锁相，输出相位调整角Δθn。

2.根据权利要求1所述的具有锁相和调幅功能的三相正弦波发生方法，其特征在于，步骤2中，在自主跟踪输入电压相位模式下，对三相输入电压进行电压锁相，确定相位调整角的具体方法为：

(1)对三相输入电压Ua、Ub、Uc进行幅值比例缩小，得到交流小信号ua、ub、uc；

(2)对交流小信号ua、ub、uc分别进行过零比较，得到与输入电压信号同频的方波电平Sa、Sb、Sc

(3)根据方波电平Sa、Sb、Sc计算输入信号的平均频率f0，方法为：

计算方波电平Sa相邻两次上升沿中断的计数差值为Na；结合计数器时钟周期Tclock，得到Ua频率fa＝1/(Tclock*Na)；同上，计算Ub、Uc频率fb、fc，得到三相输入电压下平均频率f0＝(fa+fb+fc)/3；

(4)计算Ub、Uc与Ua的相位差ΔT1、ΔT2，方法为：

在Sa信号上升沿中断发生时刻计数器从0计数，得到Sb，Sc的计数值为Ntb，Ntc；则相位差ΔT1＝Tclock*Ntb,ΔT2＝Tclock*Ntc；

(5)计算Ua、Ub、Uc的有效值Urms_a,Urms_b,Urms_c，方法为：

采样频率更新为Kf*f0，其中Kf为单个正弦波包络的点数，对交流小信号ua，ub，uc分别进行半个周期的采样，将采样值减去直流偏置后进行累加，除以采样数0.5Kf，得到交流小信号的平均值，再乘以转换系数三相输入电压下得到有效值Urms_a,Urms_b,Urms_c；

(6)判断是否满足锁相条件，满足的情况下锁相算法处理模块(202)执行电压锁相，否则转入独立发正弦波运行模式；

锁相条件是：幅值不平度ε15％，相位偏差度ε22％，具体表达式为：

电压锁相步骤如下：

对交流小信号ua、ub、uc进行切比雪夫低通滤波，再进行Clark变换，得到静止坐标系下信号Uα，Uβ，Clark变换的具体表达式为：

对Uα，Uβ进行Park变换得到旋转坐标系下Uq后，将0与Uq的误差信号送入PI调节器，将PI调节器输出信号与初始相位2πf0相叠加，通过积分得到相位角θn，

根据相位角θn结合最大步长参数进行步长限幅，得到相位调整角Δθn：

根据相位调整角Δθn，进行Park变换，得到旋转坐标系下Uq：

Uq＝-Uα×sinΔθn+Uβ×cosΔθn

其中，sinΔθn和cosΔθn由查正/余弦函数表得到，INT为取整函数，MOD为取余函数，具体表达式为：

将0与Uq的误差信号再次送入PI调节器，直到Uq近似等于0时，实现锁相，输出相位调整角Δθn。