[发明专利]一种可消除直流偏移电压的锁相环及其锁相控制方法

说明书

本发明提供一种可消除直流偏移电压的锁相环及其锁相控制方法，属于电网电压相位信号检测提取相关技术领域。本发明针对电网电压中直流偏移电压的存在会导致锁相环相位估计中存在基频振荡误差，从而无法快速准确地实现相位锁定的问题，提出了一种级联型二阶自适应陷波器，并对将其改进成为可消除直流偏移电压的双改进级联型二阶自适应陷波器。锁相环通过引入该双改进级联型二阶自适应陷波器，利用其可同时滤除电网电压直流偏移电压和基波负序电压的特点，从而使本发明具有滤除直流偏移性能好、锁相精度高、动态响应快等优点。本发明主要用于电网电压发生不平衡和直流偏移电压混入时电压相位检测。

技术领域

本发明属于电网电压相位信号检测提取相关技术领域，特别涉及一种可消除直流偏移电压的锁相环及其锁相控制方法。

背景技术

随着包括光伏、风电等可再生能源新型发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。将分布式发电产生的可再生能源通过并网电力转换器连接到公用电网，特别是在中高电压条件下，需要基于锁相环的电网同步技术以实现对并网转换器的操作和控制，进而保证输出电压与电网电压同步以确保系统连续稳定的运行。

消除电网电压中的直流偏移电压是锁相环技术亟需解决的主要问题。电网电压直流偏移产生的原因有许多种，包括电网故障，数字信号处理器中的A/D转换、地磁现象、半波整流、电流互感器饱和、分布式发电系统的直流注入以及由于半导体器件的不均匀特性等导致的正弦波不对称等。在锁相环输入中存在直流偏移会导致锁相环估计的相位、频率和幅值中含有基波频率振荡误差，由于振荡误差频率低，因而消除这些振荡的难度较大。

为了解决直流偏移对锁相环的影响，多种消除直流偏移分量的技术手段被先后提出。有国外学者通过使用线性小信号状态空间模型定量分析了直流偏移对锁相环的影响，规定了锁相环带宽与直流偏移变化的固有关系。但随着输入中直流偏移的增加，所提算法的带宽必须相应地减小，从而影响锁相环的动态响应时间。有的学者提出在输入端采用高通滤波器，电网电压首先通过低通滤波器来估计其直流偏移量，然后从电网电压中减去低通滤波器输出信号以消除直流分量。但由于受到低通滤波器阶次和截止频率的影响，该方法会降低锁相环的谐波滤波能力并在其输出端引起相位误差。还有的学者提出采用dq坐标系延迟信号消除运算器(dqDSC)和陷波滤波器(NF)的方法在dq坐标系下消除锁相环输入中的直流偏移，这些方法具有动态响应慢、谐波敏感等缺点。

发明内容

本发明目的是为了解决上述技术的不足，提供一种可消除直流偏移电压的锁相环及其锁相控制方法。

为了达到上述目的，本发明所提供的技术方案是：

本发明提出了一种可消除直流偏移电压的锁相环，该可消除直流偏移电压的锁相环由三相电网电压的克拉克变换单元、双改进级联型二阶自适应陷波器、帕克变换单元、比例积分控制器、积分环节1/s组成。

三相电网电压v_abc接入克拉克变换单元的输入端，克拉克变换单元的输出端与双改进级联型二阶自适应陷波器的输入端相连，双改进级联型二阶自适应陷波器的输出端与帕克变换单元的输入端相连，帕克变换单元的输出端连接在比例积分控制的输入端，比例积分控制器的输出信号与固有频率ω_n相加后输入积分环节1/s的输入端，积分环节1/s的输出端输出锁相结果同时积分环节1/s的输出端与帕克变换的输入端相连。

所述双改进级联型二阶自适应陷波器，由两个改进级联型二阶自适应陷波器通过并行交错结构构成，其传递函数公式为

式中，为谐振频率，s表示s域，ξ值通常取0.7。

所述改进级联型二阶自适应陷波器，其结构是在级联型二阶自适应陷波器原有结构上进行了改进，改进后的结构具有可消除直流偏移电压的能力，其传递函数公式为：

和