[发明专利]一种基于延时信号消除法的改进型三相锁相环算法

摘要

本发明公开了一种基于延时信号消除法的三相锁相环技术，通过在传统三相锁相环中插入级联延时信号消除器并设计合理的延迟因子，实现电网电压谐波的滤除以及电网电压畸变对锁相产生的影响，同时，通过引入两个比例放大环节以克服由延时信号消除器产生的幅值和相位误差的问题。本发明的锁相算法能够完全滤除电网电压中的谐波成分，增强了锁相环的鲁棒性，实现了对电网电压幅值、频率和相位的精准快速检测和提取，保证了分布式发电系统并网的可靠性。

主权项

1.基于延时信号消除法的三相锁相环算法，其特征在于，具体包括如下步骤：S1，设计级联延时信号消除模块，以滤除所有谐波，其具体过程如下：级联延时信号消除模块由五个不同延迟因子n,n＝2，4，8，16，32的延时信号消除器(Delay Signal Cancellation，DSC)级联组成；对于延迟因子为n的延时信号消除器而言，其将输入信号vgα和vgβ延时1/n个基波周期，获得信号vgα(t‑T/n)和vgβ(t‑T/n)，将vgα(t‑T/n)与2π/n的余弦值相乘，得到的值与vgα相加后再与vgβ(t‑T/n)与2π/n的正弦值的乘积相减，相减后的值乘以1/2得到输出信号v'gα；将vgα(t‑T/n)与2π/n的正弦值相乘，得到的值与vgα相加后再与vgβ(t‑T/n)与2π/n的余弦值的乘积相加，相加后的值乘以1/2得到输出信号v'gβ，其数学表达式为：对公式(1)进行拉普拉斯变换后可得到：因此，一个延迟因子为n的延时信号消除器的传递函数为：式中，T为电网电压的额定周期；将s＝jω代入公式(3)能够得到下式：由此，能够得到：式中，ω0表示电网电压的额定角频率；由公式(5)可得，一个延迟因子为n的延时信号消除器可以滤除阶数为h＝nk+1+n/2,k＝0，±1，±2，±3，…的谐波，保留阶数为h＝nk+1,k＝±1，±2，±3，…的谐波；因此，n＝2的延时信号消除器可以滤除所有阶数为h＝2(k+1),k＝0，±1，±2，±3，…的谐波，即所有偶次谐波；n＝4的延时信号消除器可以滤除所有阶数为h＝4k‑1,k＝0，±1，±2，±3，…的谐波，即‑5，‑1，+3，+7，……次谐波；n＝8的延时信号消除器可以滤除所有阶数为h＝8k‑3,k＝0，±1，±2，±3，…的谐波，即‑11，‑3，+5，+13，……次谐波；n＝16的延时信号消除器可以滤除所有阶数为h＝16k‑7,k＝0，±1，±2，±3，…的谐波，即‑23，‑7，+9，+25，……次谐波；n＝32的延时信号消除器可以滤除所有阶数为h＝32k‑15,k＝0，±1，±2，±3，…的谐波，即‑47，‑15，+17，+49，……次谐波；根据上述分析可以看出，通过级联五个延迟因子分别为n＝2，4，8，16，32的延时信号消除器可以滤除所有谐波，而五个级联延时消除信号控制器产生的相位偏移的函数表达式为：式中，Δωg为电网电压频率与额定值之间的偏移量；五个级联延时消除信号控制器产生的幅值误差函数表达式为：S2，基于传统的三相锁相环技术，在αβ轴上插入级联延时信号消除模块来消除谐波对系统影响，提取两相同步坐标系下电网电压基波正序分量，其具体过程如下：设三相电网电压为vabc，由基波正序分量和多种频率的分量组成，其函数表达式为：式中，为电网电压基波正序分量的电压幅值，V_n为直流偏移和电网电压n次谐波的电压幅值；和分别为电网电压基波正序分量的初始相位角和电网电压n次谐波的初始相位角；ω_g为电网电压频率；通过Clark变换，两相静止坐标系下的vgα和vgβ函数表达式为：通过级联延时信号消除模块，获得两相静止坐标系下电网电压基波正序分量和其函数表达式为：将获得的电网电压基波正序分量与测得的上一周期的电网电压相位值的余弦值相乘，电网电压基波正序分量与测得的上一周期的电网电压相位值的正弦值相乘，再将两个乘积值相加获得将获得的电网电压基波正序分量与测得的上一周期的电网电压相位值的正弦值相乘，电网电压基波正序分量与测得的上一周期的电网电压相位值的余弦值相乘，再将两个乘积值相减获得和的数学表达式为：S3，设计幅值误差补偿器和相位误差补偿器，获得准确的电网电压的幅值、频率和相位信息，其具体过程为：设计比例放大环节作为幅值误差补偿器，其中k_v的函数表达式为：将获得的输入比例积分控制器，从而输出本周期的电网电压频率偏移量Δω_g，将Δω_g通入比例放大环节再与相除得到本周期的准确的电网电压幅值；设计比例放大环节作为相位误差补偿器，其中的函数表达式为：将Δω_g与理想电网电压频率ω_g相加后获得本周期准确的电网电压频率值，将该频率值通入积分器获得本周期补偿前的电网电压相位值将Δω_g通入得到与相加，即可得到本周期的准确的电网电压相位值