一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，為電網(wǎng)末端的電能質(zhì)量改善、無電地區(qū)的電力供應W及大電 網(wǎng)抵御事故和災害的能力的提高提供了一種解決方案。由于微電網(wǎng)的容量通常較為有限， 因此電網(wǎng)諧波和閃變受分布式能源（光伏、風力、）隨機性和負荷突變的影響比較明顯，該 將直接影響微電網(wǎng)中的并網(wǎng)變流裝置如光伏逆變器、風機變流器、儲能變流器等關(guān)鍵設備 對于電網(wǎng)電壓相位檢測的快速性和精確性，進而影響到設備的控制性能W及整個微電網(wǎng)系 統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中，常用的數(shù)字鎖相控制方法主要有：
[0004] (1)基于電壓過零點的鎖相環(huán)，該方法在電網(wǎng)電壓波形崎變時會出現(xiàn)鎖相錯誤，且 對于相位差的獲取需要一個電網(wǎng)周期，動態(tài)響應較差；
[0005] (2)基于離散傅里葉變換值FT)的鎖相環(huán)，存在算法計算量大、動態(tài)響應慢的問 題；
[0006] (3)基于坐標變換的鎖相環(huán)，該方法可在一個開關(guān)周期獲取相位差信號，動態(tài)性能 好，但在電網(wǎng)諧波較大或=相電壓不平衡時會存在較大的鎖相誤差；
[0007] (4)基于低通濾波方式的鎖相環(huán)，通過減小帶寬的方式濾除電網(wǎng)電壓不平衡時兩 倍工頻的干擾，但由于低通濾波的延時較大，在電網(wǎng)電壓嚴重不平衡時會導致功率器件出 現(xiàn)過流故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，可實現(xiàn)對諧波和閃 變條件下的微電網(wǎng)電壓相位的精確、快速鎖相，W消除微電網(wǎng)電壓諧波和閃變對并網(wǎng)變流 裝置相位檢測的影響。
[0009] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過W下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0010] 一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于，包括順次相連的鑒相器、自適應陷 波器、PI調(diào)節(jié)器和積分器；
[0011] 所述鑒相器的輸入端分別與S相電網(wǎng)電壓、積分器的輸出端相連并通過Clarke 變換和Park變換獲取q軸電網(wǎng)電壓分量A化(n)，其中，n= 1，2,3……表示時刻，且用于 Park變換的角度來自于上一個開關(guān)時刻積分器所輸出的電網(wǎng)相位；
[0012] 所述自適應陷波器通過對相位差信號A化(n)的自適應陷波處理，得到濾波后的 相位差信號A化*(n);
[0013] 所述PI調(diào)節(jié)器通過對自適應陷波器輸出的相位差信號A化*(n)的PI調(diào)節(jié)，使得 q軸電網(wǎng)電壓分量A化(n)跟蹤給定信號0,得到電網(wǎng)角頻率的變化量A? (n);
[0014]所述積分器通過對電網(wǎng)角頻率的積分獲得當前電網(wǎng)相位0 (n)，其中，電網(wǎng)角頻率 由額定電網(wǎng)頻率Wg與PI調(diào)節(jié)器的輸出A? (n)相加得到。
[0015] 優(yōu)選，所述自適應陷波器包括相連的自適應陷波單元和自適應權(quán)值調(diào)整單元。
[0016] 所述自適應陷波單元：用于根據(jù)上一時刻自適應權(quán)值單元輸出的權(quán)值w(n-l)計 算得到其轉(zhuǎn)置WT(n-l)，并與鑒相器輸出的A化(n)的值進行乘積，獲得當前時刻的自適應 陷波單元的輸出信號A化*(n);
[0017] 所述自適應權(quán)值調(diào)整單元；用于根據(jù)自適應陷波單元的輸出信號A化*(n)和期 望信號d(n)的差值e(n)，去更新自適應權(quán)值調(diào)整單元的權(quán)值W(n)。
[0018] 本發(fā)明采用自適應陷波器，并通過合理的設置濾波參數(shù)，W消除電網(wǎng)電壓崎變對 鎖相產(chǎn)生的影響，同時克服采用DFT或低通濾波方式帶來的延時和動態(tài)響應慢的問題。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：可實現(xiàn)對諧波和閃變條件下的微電網(wǎng)電壓相位的精確、快 速鎖相，W消除微電網(wǎng)電壓諧波和閃變對并網(wǎng)變流裝置相位檢測的影響。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖2是本發(fā)明自適應陷波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3是本發(fā)明自適應陷波器算法流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的詳細描述，W使本領 域的技術(shù)人員可W更好的理解本發(fā)明并能予W實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限 定。
[0024] -種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，如圖1所示，包括順次相連的鑒相器、自適應陷 波器、PI調(diào)節(jié)器和積分器；
[00巧]所述鑒相器的輸入端分別與S相電網(wǎng)電壓、積分器的輸出端相連并通過Clarke變換和Park變換獲取q軸電網(wǎng)電壓分量A化(n)，（即相位差信號），其中，n=l，2, 3…… 表示時刻，且用于Park變換的角度來自于上一個開關(guān)時刻積分器所輸出的電網(wǎng)相位；
[0026] 所述自適應陷波器通過對相位差信號A化(n)的自適應陷波處理，濾除其中的諧 波信號，得到濾波后的相位差信號A化*(n);
[0027] 所述PI調(diào)節(jié)器通過對自適應陷波器輸出的相位差信號A化*(n)的PI調(diào)節(jié)，使得 q軸電網(wǎng)電壓分量A化(n)跟蹤給定信號0,得到電網(wǎng)角頻率的變化量A? (n);
[002引所述積分器通過對電網(wǎng)角頻率的積分獲得當前電網(wǎng)相位0 (n)，其中，電網(wǎng)角頻率 由額定電網(wǎng)頻率Wg與PI調(diào)節(jié)器的輸出A? (n)相加得到。
[0029] 優(yōu)選如圖2所示，所述自適應陷波器包括相連的自適應陷波單元和自適應權(quán)值調(diào) 整單元。
[0030]其中；
[0031]自適應陷波單元；用于根據(jù)上一時刻自適應權(quán)值單元輸出的權(quán)值w(n-l)計算得 到其轉(zhuǎn)置WT(n-l)，并與鑒相器輸出的A化(n)的值進行乘積，獲得當前時刻自適應陷波單 元的輸出信號A化*(n);
[0032] 自適應權(quán)值調(diào)整單元：根據(jù)自適應陷波單元的輸出信號A化*(n)和期望信號 d(n)的差值e(n)，去更新自適應權(quán)值調(diào)整單元的權(quán)值W(n)，使得下一時刻自適應陷波單元 輸出的A化*(n+l)與期望信號d(n+l)的差值e(n+l)進一步減小。
[0033] 通過自適應陷波器模塊消除電網(wǎng)諧波和閃變信號對q軸電壓信號的干擾，自適應 陷波器在工作過程中，需要進行參數(shù)更新，即對于n= 1，2…，計算：
[0034] 更新增益：
[0040] 更新期望信號；d(n) =AU。(n-l)(7)
[0041] 式中；
[004引A為遺忘因子，且0 <A< 1，遺忘因子越大，濾波效果越好；
[0043]對于期望信號d(n)，由于其值大小隨著鎖相過程的進行逐步趨向于0,即其值并 非恒定或已知，故除令d(0) =0W外，其它時刻均令期望信號d(n) =A化(n-1)，即：
[0044]
[0045] 優(yōu)選，所述自適應陷波器的具體算法如圖3所示：
[004引 SOI;對自適應陷波器的參數(shù)進行初始化：令W(0) = 0,d(0) = 0,P(0) = 0、， 其中I為單位矩陣，0 = 0. 01 ;
[0047] S02;讀入進行自適應陷波器計算所需要的數(shù)據(jù)d(n)和AUq(n);
[0048]S03 ;通過式似計算自適應陷波單元的輸出:
[0049]
[0050] S04;通過式做計算估計誤差e(n):
[0051]
[005引 S05;通過式（4)更新濾波器的權(quán)值W(n):
[0053] W(n)=W(n-1)+k(n)e(n) (4)
[0054] 其中，k(n)表示增益，
[00 巧]
[005引式中，入為遺忘因子，P(n)為矩陣且：
[0057]
[0058] S06;判斷迭代次數(shù)是否達到預設值N，若是，則自適應陷波算法結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)入 步驟S02。
[0059] 本發(fā)明采用自適應陷波器，并通過合理的設置濾波參數(shù)，W消除電網(wǎng)電壓崎變對 鎖相產(chǎn)生的影響，同時克服采用DFT或低通濾波方式帶來的延時和動態(tài)響應慢的問題。可 實現(xiàn)對諧波和閃變條件下的微電網(wǎng)電壓相位的精確、快速鎖相，W消除微電網(wǎng)電壓諧波和 閃變對并網(wǎng)變流裝置相位檢測的影響。
[0060] W上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運用在其他相關(guān) 的技術(shù)領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于，包括順次相連的鑒相器、自適應陷波 器、PI調(diào)節(jié)器和積分器； 所述鑒相器的輸入端分別與三相電網(wǎng)電壓、積分器的輸出端相連并通過Clarke變換 和Park變換獲取q軸電網(wǎng)電壓分量AUq(n)，其中，η = 1，2,3……表示時刻，且用于Park 變換的角度來自于上一個開關(guān)時刻積分器所輸出的電網(wǎng)相位； 所述自適應陷波器通過對相位差信號AUq(Ii)的自適應陷波處理，得到濾波后的相位 差信號AUq* (η); 所述PI調(diào)節(jié)器通過對自適應陷波器輸出的相位差信號AUq* (η)的PI調(diào)節(jié)，使得q軸 電網(wǎng)電壓分量AUq(Ii)跟蹤給定信號0,得到電網(wǎng)角頻率的變化量△ ω (n); 所述積分器通過對電網(wǎng)角頻率的積分獲得當前電網(wǎng)相位θ (η)，其中，電網(wǎng)角頻率由額 定電網(wǎng)頻率〇8與PI調(diào)節(jié)器的輸出Λ ω (η)相加得到。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于，所述自適應 陷波器包括相連的自適應陷波單元和自適應權(quán)值調(diào)整單元。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于， 所述自適應陷波單元：用于根據(jù)上一時刻自適應權(quán)值單元輸出的權(quán)值W(n-l)計算得 到其轉(zhuǎn)置Wt (n-1)，并與鑒相器輸出的Λ Uq(n)的值進行乘積，獲得當前時刻的自適應陷波單元的輸出信號AUq*(n); 所述自適應權(quán)值調(diào)整單元：用于根據(jù)自適應陷波單元的輸出信號Δυ(?*(η)和期望信 號d (η)的差值e (η)，去更新自適應權(quán)值調(diào)整單元的權(quán)值W (η)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于，所述自適應 陷波器的具體算法如下： 501 :對自適應陷波器的參數(shù)進行初始化：令W(O) = 0，d(0) = 0，P(0) = ol,其中I 為單位矩陣，σ = 〇. 01 ; 502 :讀入進行自適應陷波器計算所需要的數(shù)據(jù)d(n)和Λυ,(η); 503 :通過式⑵計算自適應陷波單元的輸出:Δ?^(η):504 :通過式（3)計算估計誤差e(n):505 :通過式（4)更新濾波器的權(quán)值W(n): W (n) = W (n-1)+k (n) e (η) (4) 其中，k(η)表示增益，式中，λ為遺忘因子，Ρ(η)為矩陣且：506 :判斷迭代次數(shù)是否達到預設值Ν，若是，則自適應陷波算法結(jié)束，否則，轉(zhuǎn)入步驟 S02〇5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于，所述期望信 號d (η)的取值為：6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，其特征在于，0< λ <1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自適應陷波器的鎖相環(huán)，采用自適應陷波器，并通過合理的設置濾波參數(shù)，以消除電網(wǎng)電壓畸變對鎖相產(chǎn)生的影響，同時克服采用DFT或低通濾波方式帶來的延時和動態(tài)響應慢的問題。本發(fā)明的有益效果是：可實現(xiàn)對諧波和閃變條件下的微電網(wǎng)電壓相位的精確、快速鎖相，以消除微電網(wǎng)電壓諧波和閃變對并網(wǎng)變流裝置相位檢測的影響。
【IPC分類】H03L7/08
【公開號】CN104901685
【申請?zhí)枴緾N201510261123
【發(fā)明人】謝磊, 王彤, 韋徵, 宋飛
【申請人】南京南瑞太陽能科技有限公司
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月20日