專利名稱：一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎖相技術(shù)，尤其涉及一種三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)及其鎖相方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，隨著科技的發(fā)展和人們物質(zhì)生活的極大豐富，伴隨而來的能源和環(huán)境問題也日趨嚴(yán)重。因而，可再生能源的開發(fā)利用已成為解決上述問題的熱門研發(fā)方向，例如，風(fēng)力發(fā)電以其清潔和環(huán)保等特性而當(dāng)之無愧地作為多類可再生能源其中之一?，F(xiàn)有的風(fēng)電系統(tǒng)主要采用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(Doubly Fed Induction Generator,DFIG)，它以背靠背式雙脈寬調(diào)制電壓源型逆變器作為主控制系統(tǒng)，該逆變器包括一網(wǎng)側(cè)變換器和一轉(zhuǎn)子側(cè)變換器(或稱為機側(cè)變換器)。在正常運行條件下，電網(wǎng)中只存在基波正序電壓，采用常規(guī)的電壓過零檢測或鎖相環(huán)(PLL，Phase Locked Loop)技術(shù)即可方便地得到電壓同步信號作為控制基準(zhǔn)。然而，在實際電網(wǎng)中，風(fēng)電系統(tǒng)里的并網(wǎng)逆變器、有源濾波器、無功補償裝置等集中應(yīng)用，往往導(dǎo)致負(fù)載不平衡或單相、兩相對地短路等不對稱故障，從而引起電網(wǎng)電壓不對稱。具體來說，針對DFIG風(fēng)電系統(tǒng),一方面，由于電網(wǎng)電壓不對稱時,定子電壓和定子電流除了正序分量外還包括負(fù)序分量，而傳統(tǒng)的比例積分電流調(diào)節(jié)器無法實現(xiàn)對正序分量以及負(fù)序分量的同時控制，因而，很小的定子電壓不平衡都將會引起很大的定子電流不平衡和電磁轉(zhuǎn)矩、有功功率波動，進而導(dǎo)致DFIG運行性能惡化。另一方面，在對DFIG的各種變流器進行控制時，經(jīng)常需要用到電壓交流量的相位和幅值，因而鎖相技術(shù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。當(dāng)三相電網(wǎng)因發(fā)生故障而導(dǎo)致電網(wǎng)不平衡時，電網(wǎng)電壓包括正序分量和負(fù)序分量，為了準(zhǔn)確地得到電網(wǎng)電壓的相位信息，就必須將其負(fù)序分量分離出來，得到純粹的正序分量進而基于該正序分量進行鎖相，但是現(xiàn)有的鎖相電路設(shè)計無法完全分離上述負(fù)序分量，而且對于電網(wǎng)不平衡時的電網(wǎng)電壓中所包含的干擾量并沒有采取必要的分離措施。有鑒于此，如何設(shè)計一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)，通過該鎖相系統(tǒng)主動分離出電壓信號中的干擾量，進而得到干凈的基波正序分量并用于精確鎖相，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員亟待解決的一項課題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)及其方法。依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)，其中，該鎖相系統(tǒng)包括一輸入模塊、一第一分離模塊和一第二分離模塊。該輸入模塊用于接收三相交流電網(wǎng)的三相電壓并將其轉(zhuǎn)換為兩路電壓VgHda和Vfide，每路電壓包括正序分量和負(fù)序分量。該第一分離模塊用于將一第一待分離量經(jīng)由α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來得到d軸上的正序分量dp()S以及q軸上的正序分量qp()S，然后將d軸上的正序分量dpos通過d_q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來輸出與每路電壓相對應(yīng)的正序分量Vaptjs和V0p()S。該第二分離模塊用于將一第二待分離量經(jīng)由α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d_q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來輸出與每路電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量Vaneig和V0ne;g。其中，第一分離模塊和第二分離模塊耦合成一閉環(huán)反饋，該第二分離模塊采用閉環(huán)補償?shù)玫截?fù)序分量，并消除所述第一分離模塊中的誤差，使所述第一分離模塊分離出正序分量以便進行鎖相。優(yōu)選地，該鎖相系統(tǒng)還包括一第一疊加模塊和一第二疊加模塊。該第一疊加模塊具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模塊，第二輸入端電性連接至第二分離模塊的輸出端，以及該第一疊加模塊的輸出端電性連接至第一分離模塊的輸入端，該第一疊加模塊用于接收每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第一疊加信號作為上述第一待分離量而輸出至第一分離模塊的輸入端。該第二疊加模塊具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至第一分離模塊的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模塊的輸出端，以及該第二疊加模塊的輸出端電性連接至第二分離模塊的輸入端，該第二疊加模塊用于接收上述第一疊加信號以及正序分量，并將疊加后的信號作為上述第二待分離量而輸出至第二分離模塊的輸入端。優(yōu)選地，該鎖相系統(tǒng)還包括一第三疊加模塊和一第四疊加模塊。該第三疊加模塊具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模塊，第二輸入端電性連接至第二分離模塊的輸出端，以及該第三疊加模塊的輸出端電性連接至第一分離模塊的輸入端，該第三疊加模塊用于接收每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第二疊加信號作為上述第一待分離量而輸出至第一分離模塊的輸入端。該第四疊加模塊具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，其中，第一輸入端電性連接至輸入模塊，第二輸入端電性連接至第一分離模塊的輸出端，第三輸入端電性連接至第二分離模塊的輸出端，以及該第四疊加模塊的輸出端電性連接至第二分離模塊的輸入端，其中，該第四疊加模塊用于接收每路電壓以及各自的正序分量和負(fù)序分量，并將疊加后的信號作為上述第二待分離量而輸出至第二分離模塊的輸入端。優(yōu)選地，該第一分離模塊還包括一低通濾波器，用于對d軸上的正序分量dpos進行低通濾波處理。更優(yōu)選地，上述第一分離模塊還包括一第一調(diào)節(jié)器、一比較單元以及一積分器，該第一調(diào)節(jié)器與該比較單元相連接，以及該比較單元與積分器相連接，其中，q軸上的正序分量qp()S經(jīng)由第一調(diào)節(jié)器耦接至比較單元的一輸入端子，一預(yù)設(shè)頻率信號連接至比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較后再經(jīng)由積分器輸出正序分量的相位角度Θ p0sO在一優(yōu)選實施例中，將積分器輸出的正序分量的相位角度Qptjs分別輸入至第一分離模塊的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。在另一優(yōu)選實施例中，將與積分器輸出的正序分量的相位角度相對應(yīng)的相位角度分別輸入至第二分離模塊的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。優(yōu)選地，第二分離模塊還包括一第二調(diào)節(jié)器，用于對干擾量進行補償。優(yōu)選地，第一調(diào)節(jié)器或第二調(diào)節(jié)器為比例積分調(diào)節(jié)器或比例積分微分調(diào)節(jié)器。優(yōu)選地，該鎖相系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或太陽能發(fā)電系統(tǒng)。依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相方法，包括:
a)接收三相交流電網(wǎng)的三相電壓并將其轉(zhuǎn)換為兩路電壓VgHda和VgHde，每路電壓包括正序分量和負(fù)序分量；b)將一第一待分離量依次經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d_q坐標(biāo)系/ α- β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得到與所述每路電壓相對應(yīng)的正序分量Vaptjs和Veptjs ；c)將一第二待分離量依次經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d_q坐標(biāo)系/a -β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得到與所述每路電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量VaMdPV0Mg ;以及d)將所述每路電壓與相應(yīng)的正序分量Vaptjs和Veptjs、負(fù)序分量Vamg和Veneg進行疊加，以分離出所述每路電壓中的干擾量，并對所述干擾量進行補償。優(yōu)選地，該鎖相方法還包括:提供一給定為零的參考干擾量；將所述參考干擾量與所述每路電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，并通過一調(diào)節(jié)器對所述誤差信號進行補償，以消除誤差；以及將補償后的信號經(jīng)由d-q坐標(biāo)系/ α _β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來得到所述負(fù)序分量Vamg和Ve胃。優(yōu)選地，鎖相方法還包括第一疊加步驟，用于接收所述每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第一疊加信號作為所述第一待分離量而輸出至第一分離模塊的輸入端；以及接收所述第一疊加信號以及所述正序分量，并將疊加后的信號作為所述第二待分離量而輸出至第二分離模塊的輸入端。優(yōu)選地，鎖相方法還包括第二疊加步驟，用于接收所述每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第二疊加信號作為所述第一待分離量而輸出至第一分離模塊的輸入端；以及接收所述每路電壓以及各自的正序分量和負(fù)序分量，并將疊加后的信號作為所述第二待分離量而輸出至第二分離模塊的輸入端。優(yōu)選地，步驟b還包括濾波步驟，用于對經(jīng)由a - β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換得到的d軸上的正序 分量dp()S進行低通濾波處理。更優(yōu)選地，步驟b還包括相位角度產(chǎn)生步驟，用于將經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換得到的q軸上的正序分量qp()S與一預(yù)設(shè)頻率信號進行比較，并對比較結(jié)果進行積分處理后得到所述正序分量的相位角度Θ 0
pos °優(yōu)選地，將所述正序分量的相位角度分別輸入至第一分離模塊中的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。優(yōu)選地，將與所述正序分量的相位角度相對應(yīng)的相位角度-Θ pos分別輸入至第二分離模塊的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。優(yōu)選地，步驟c還包括調(diào)節(jié)步驟，用于對所述干擾量進行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，調(diào)節(jié)步驟由一比例積分調(diào)節(jié)器(PI)或一比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)來執(zhí)行。采用本發(fā)明中用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)及方法，通過第一分離模塊將第一待分離量依次經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d-q坐標(biāo)系/α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換得到電網(wǎng)電壓相對應(yīng)的正序分量，以及通過第二分離模塊將第二待分離量依次經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d-q坐標(biāo)系/α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換得到電網(wǎng)電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量，從而能夠精確地得到電網(wǎng)電壓的正序分量和負(fù)序分量。另外，負(fù)序分量的分離過程采用閉環(huán)補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純凈的正序分量，提高了鎖相精度。


讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實施方式
以后，將會更清楚地了解本發(fā)明的各個方面。其中，圖1示出依據(jù)本發(fā)明一個方面的用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出圖1的鎖相系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖3示出圖2的鎖相系統(tǒng)中的第一分離模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4示出圖2的鎖相系統(tǒng)中的第二分離模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5示出圖1的鎖相系統(tǒng)另一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)框圖；以及圖6示出依據(jù)本發(fā)明另一個方面的用于三相交流電網(wǎng)的鎖相方法的程序流程圖。
具體實施例方式為了使本申請所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標(biāo)記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下文中所提供的實施例并非用來限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說明，并未依照其原尺寸進行繪制。在對本發(fā)明的多個具體實施方式
進行描述之前，為方便起見，不妨將從三相交流電網(wǎng)的三相電壓轉(zhuǎn)換為兩路電壓的轉(zhuǎn)換方式簡稱為從abc坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，或稱為“預(yù)變換”;將從α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換簡稱為“第一坐標(biāo)變換”;以及將從d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換簡稱為上述第一坐標(biāo)變換的逆變換,或稱為“第二坐標(biāo)變換”。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“第一”、“第二”等詞語僅僅用來表示名稱，并不表示任何特定的順序，除非文中加以特別說明。下面參照附圖，對本發(fā)明各個方面的具體實施方式
作進一步的詳細(xì)描述。圖1示出依據(jù)本發(fā)明一個方面的用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖1，該鎖相系統(tǒng)包括一輸入模塊10、一第一分離模塊12和一第二分離模塊14。其中,輸入模塊10接收三相交流電網(wǎng)的三相電壓，并通過預(yù)變換將其轉(zhuǎn)換為兩路電壓。例如，當(dāng)三相交流電網(wǎng)不平衡時，預(yù)變換后的每路電壓不再只包括正序分量，而是包括正序分量和負(fù)序分量。如前所述，這里的以負(fù)序分量為主的干擾量對于分離出干凈的正序基波分量影響極大，而本發(fā)明的鎖相系統(tǒng)主要解決干擾量的主動分離問題，進而基于干凈的正序基波分量來精確鎖相。第一分離模塊12將一第一待分離量依次經(jīng)由第一坐標(biāo)變換和第二坐標(biāo)變換來得到與每路電壓相對應(yīng)的正序分量。第二分尚模塊14將一第二待分尚量依次經(jīng)由第一坐標(biāo)變換和第二坐標(biāo)變換來得到與每路電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量，其中，第一分離模塊12和第二分離模塊14構(gòu)成一閉環(huán)反饋，例如，第一分離模塊12的輸出端通過節(jié)點Ρ2連接至第二分離模塊14的輸入端，并且第二分離模塊14的輸出端通過節(jié)點Pl連接至第一分離模塊12的輸入端。在一具體實施例中，第一待分離量包括該電壓的正序分量和至少一部分干擾量，經(jīng)過第一分離模塊的分離處理后，輸出信號包括該電壓的正序分量以及相對較少一部分的干擾量；經(jīng)過節(jié)點Ρ2后,第一待分尚量中的正序分量和至少一部分干擾量減去該正序分量和相對較少一部分的干擾量，并將剩余的干擾量作為第二待分離量送入第二分離模塊14進行分離。在該閉環(huán)反饋到達(dá)平衡后，第一分離模塊12所輸出的即為干凈的正序分量，進而實現(xiàn)精確鎖相。需要指出的是，圖1中帶箭頭的各直線僅為示意性的信號路徑，并非用來說明信號的數(shù)量。例如，進入輸入模塊10的電網(wǎng)電壓信號包括三相交流電網(wǎng)不平衡時的三相電壓Ua、Ub和U。，而由輸入模塊10輸出的電壓信號為預(yù)變換后的兩相電壓Vfida和VgHde。相應(yīng)地，節(jié)點Pl和節(jié)點P2包括與兩路電壓VgHda和VgHde匹配的第一分節(jié)點和第二分節(jié)點，在后文的圖2和圖5中將進一步予以說明。在一具體實施例中，節(jié)點Pl和/或節(jié)點P2對應(yīng)地可設(shè)置為矢量運算單元，如加法器、減法器或疊加電路等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述節(jié)點Pl和/或節(jié)點P2的設(shè)計形式僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的節(jié)點Pl和/或節(jié)點P2的設(shè)計形式如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。在另一具體實施例中，該鎖相系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在另一具體實施例中，該鎖相系統(tǒng)應(yīng)用于太陽能發(fā)電系統(tǒng)。這是因為，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，需要通過并網(wǎng)變頻器將發(fā)電系統(tǒng)并入三相交流電網(wǎng)，而三相交流電網(wǎng)不平衡時，現(xiàn)有方案中基于正序分量來進行鎖相并不準(zhǔn)確，這將使變流器發(fā)生故障，嚴(yán)重時甚至可能燒毀變流器。有鑒于此，本發(fā)明的鎖相系統(tǒng)通過主動分離電網(wǎng)電壓中的干擾量，進而得到干凈的正序分量，既可以提升鎖相速度，又可以提高鎖相精度。圖2示出圖1的鎖相系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)框圖。參照圖2，該鎖相系統(tǒng)包括一輸入模塊20、一第一分離模塊22、一第二分離模塊24、一第一疊加模塊26和一第二疊加模塊28。在圖2所示的鎖相電路中，輸入模塊20、第一分離模塊22和第二分離模塊24分別與圖1所示的輸入模塊10、第一分離模塊12和第二分離模塊14相同或相似，為描述簡便起見，故此處不再贅述，并通過引用方式包含于此。第一疊加模塊26包括節(jié)點P261和節(jié)點P262，其中，節(jié)點P261對應(yīng)于電壓VgHda，節(jié)點P262對應(yīng)于電壓Vgride。具體地，第一疊加模塊26具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至輸入模塊20，第二輸入端電性連接至第二分離模塊24的輸出端，以及輸出端電性連接至第一分離模塊22的輸入端，并且第一疊加模塊26接收每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第一疊加信號作為第一待分離量而輸出至第一分離模塊22的輸入端。S卩，電壓Vgiida和它的負(fù)序分量Vamg送入節(jié)點P261，從而輸出與Vgrida相對應(yīng)的第一待分尚量；以及電壓Vgride和它的負(fù)序分量V0neg送入節(jié)點P262，從而輸出與VgHde相對應(yīng)的第一待分離量。類似地，第二疊加模塊28包括節(jié)點P281和節(jié)點P282，其中，節(jié)點P281對應(yīng)于電壓Vgrida，節(jié)點P282對應(yīng)于電壓Vgride。具體地，第二疊加模塊28具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至第一分離模塊22的輸入端,第二輸入端電性連接至第一分離模塊22的輸出端，以及輸出端電性連接至第二分離模塊24的輸入端，并且第二疊加模塊28接收第一疊加信號以及所述正序分量，并將疊加后的信號作為第二待分離量而輸出至第二分離模塊24的輸入端。S卩，第一待分離量和它的正序分量Vaptjs送入節(jié)點P281,從而輸出與VgHda相對應(yīng)的第二待分尚量；以及第一待分尚量和它的正序分量Vfipos送入節(jié)點P282,從而輸出與VgHde相對應(yīng)的第二待分離量。
從圖2可知，第一待分離量進入第一分離模塊22進行分離處理，其處理結(jié)果經(jīng)由疊加模塊28進入第二分離模塊24 ;與此同時，第二待分離量進入第二分離模塊24進行分離處理，其處理結(jié)果經(jīng)由疊加模塊26重新進入第一分離模塊22，從而構(gòu)成一閉環(huán)反饋。應(yīng)當(dāng)了解，當(dāng)?shù)诙蛛x模塊24對電網(wǎng)電壓所包含的干擾量進行補償后，第一分離模塊22所輸出的即為干凈的正序基波分量。也就是說，只要疊加單元26和/或疊加單元28中有干擾量存在，通過第一分離模塊22和第二分離模塊24各自的分離處理，就可將干擾量主動分離出來，進而得到干凈的正序分量。圖3示出圖2的鎖相系統(tǒng)中的第一分離模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖3，第一分離模塊22經(jīng)由第一坐標(biāo)變換后，分別得到d軸上的正序分量dp()S和q軸上的正序分量qp()S。在一具體實施例中，第一分離模塊還包括一低通濾波器221，對d軸上的正序分量dpos進行低通濾波處理，并將低通濾波處理后的濾波信號進行第二坐標(biāo)變換，并得到第二坐標(biāo)變換后的正序分量Vaptjs和Vep()S。由此可知，采用低通濾波器221進行濾波處理后，可將第一待分離量經(jīng)第一坐標(biāo)變換后可能含有的干擾量進行一定程度的濾除。對于q軸上的正序分量qp()S來說,該第一分離模塊22還包括一第一調(diào)節(jié)器223、一比較單元以及一積分器225，其中，第一調(diào)節(jié)器223與比較單元相連接，以及該比較單元與積分器225相連接。例如，第一調(diào)節(jié)器223可以為一比例積分調(diào)節(jié)器(PI)或一比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)。具體地，q軸上的正序分量qp()S經(jīng)由第一調(diào)節(jié)器223耦接至比較單元的一輸入端子，一預(yù)定的頻率信號連接至比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較后再經(jīng)由積分器225輸出正序分量的相位角度θ_。此外，在得到該正序分量的相位角度后，將積分器225輸出的正序分量的相位角度Θ pos分別輸入至第一分離模塊22中的第一坐標(biāo)變換的變換過程以及第二坐標(biāo)變換的變換過程。與此同時，將與積分器225輸出的正序分量的相位角度相對應(yīng)的相位角度-Θ pos分別輸入至第二分離模塊24中的第一坐標(biāo)變換的變換過程以及第二坐標(biāo)變換的變換過程。圖4示出圖2的鎖相系統(tǒng)中的第二分離模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。參照圖4，該第二分離模塊還包括一第二調(diào)節(jié)器，對第一坐標(biāo)變換后的變換結(jié)果進行調(diào)節(jié)。優(yōu)選地，該第二調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)器241和調(diào)節(jié)器243，其中，調(diào)節(jié)器241用于對d軸上的信號進行調(diào)節(jié)，以及調(diào)節(jié)器243用于對q軸上的信號進行調(diào)節(jié)。具體地，可以將參考干擾量預(yù)先給定為零，然后對第二分離模塊24中第一坐標(biāo)變換后的干擾量經(jīng)由上述第二調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)。在一實施例中，調(diào)節(jié)器241和243為一比例積分調(diào)節(jié)器(PI)或一比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)。圖5示出圖1的鎖相系統(tǒng)的另一優(yōu)選實施例的結(jié)構(gòu)框圖。參照圖5，該鎖相系統(tǒng)包括一輸入模塊50、一第一分離模塊52、一第二分離模塊54、一第一疊加模塊56和一第二疊加模塊58。在圖5所不的鎖相系統(tǒng)中，輸入模塊50、第一分離模塊52和第二分離模塊54分別與圖1所示的輸入模塊10、第一分離模塊12和第二分離模塊14相同或相似，為描述簡便起見，故此處不再贅述，并通過引用方式包含于此。第一疊加模塊56包括節(jié)點P561和節(jié)點P562，其中，節(jié)點P561對應(yīng)于電壓VgHda，節(jié)點P562對應(yīng)于電壓Vgride。具體地，第一疊加模塊56具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至輸入模塊50，第二輸入端電性連接至第二分離模塊54的輸出端，以及輸出端電性連接至第一分離模塊52的輸入端，并且第一疊加模塊56接收每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第二疊加信號作為第一待分離量而輸出至第一分離模塊52的輸入端。S卩，電壓VgHda和它的負(fù)序分量Vamg送入節(jié)點P561,從而輸出與Vgrida相對應(yīng)的第一待分尚量；以及電壓Vgride和它的負(fù)序分量V0neg送入節(jié)點P562，從而輸出與Viffide相對應(yīng)的第一待分離量。類似地，第二疊加模塊58包括節(jié)點P581和節(jié)點P582，其中，節(jié)點P581對應(yīng)于電壓Vgrida，節(jié)點P582對應(yīng)于電壓Vgride。具體地，第二疊加模塊58具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，例如，第一輸入端電性連接至第一分離模塊52的輸入端，第二輸入端電性連接至第一分離模塊52的輸出端，第三輸入端電性連接至第二分離模塊54的輸出端，以及輸出端電性連接至第二分離模塊54的輸入端，并且第二疊加模塊58接收每路電壓以及各自的正序分量和負(fù)序分量，并將疊加后的信號作為第二待分離量而輸出至第二分離模塊54的輸入端。需要指出的是，圖3以及圖4分別示意性地說明了圖2的鎖相系統(tǒng)中的第一分離模塊22和第二分離模塊24的結(jié)構(gòu)框圖，然而，在本發(fā)明圖5所示的鎖相系統(tǒng)中，圖3以及圖4的第一分離模塊22和第二分離模塊24同樣也適用于第一分離模塊52和第二分離模塊54，并且以引用方式包含于圖5所示的實施例中。圖6示出依據(jù)本發(fā)明另一個方面的用于三相交流電網(wǎng)的鎖相方法的程序流程圖。在該鎖相方法中，首先，執(zhí)行步驟Si，接收三相交流電網(wǎng)的三相電壓并將其轉(zhuǎn)換為兩路電壓Vgrida和￥^(10，每路電壓包括正序分量和負(fù)序分量。然后，在步驟S2中，將兩路電壓VgHda和Vfide依次經(jīng)由做差、第一坐標(biāo)變換和第二坐標(biāo)變換進行濾波，得到與每路電壓相對應(yīng)的正序分量Vaptjs和V0P()S。接著，在步驟S3中，將兩路電壓Vgrida和Vgride依次經(jīng)由第一坐標(biāo)變換、調(diào)節(jié)器和第二坐標(biāo)變換，得到與所述每路電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量最后，將每路電壓與相應(yīng)的正序分量Vaptjs和Veptjs、負(fù)序分量Vamg和Vemg進行疊加，以分離出每路電壓中的干擾量，并對干擾量進行補償。在對干擾量進行主動補償時，較佳地，該鎖相方法還包括步驟:提供一給定為零的參考干擾量；將參 考干擾量(如，零給定)與每路電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，并通過一調(diào)節(jié)器對該誤差信號進行補償，以消除誤差；以及將補償后的信號經(jīng)由第二坐標(biāo)變換得到負(fù)序分量Vamg和Ve胃。采用本發(fā)明中用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)及方法，通過第一分離模塊將第一待分離量依次經(jīng)由第一坐標(biāo)變換以及第二坐標(biāo)變換得到電網(wǎng)電壓相對應(yīng)的正序分量，以及通過第二分離模塊將第二待分離量依次經(jīng)由第一坐標(biāo)變換以及第二坐標(biāo)變換得到電網(wǎng)電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量，從而能夠精確地得到電網(wǎng)電壓的正序分量和負(fù)序分量。另外，負(fù)序分量的分離過程采用閉環(huán)補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純凈的正序分量，提高了鎖相精度。上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實施方式
。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對本發(fā)明的具體實施方式
作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相系統(tǒng)包括: 一輸入模塊，用于接收所述三相交流電網(wǎng)的三相電壓并將其轉(zhuǎn)換為兩路電壓Vgiida和Vgride，每路電壓包括正序分量和負(fù)序分量； 一第一分離模塊，用于將一第一待分離量經(jīng)由α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來得到d軸上的正序分量dpos以及q軸上的正序分量qp()S，然后將所述d軸上的正序分量dpos通過d-q坐標(biāo)系到α -β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來輸出與所述每路電壓相對應(yīng)的正序分量Vapos和V.;以及 一第二分離模塊，用于將第二待分離量經(jīng)由α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來輸出與所述每路電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量Vamg和 Vfineg ； 其中，所述第一分離模塊和所述第二分離模塊耦合成一閉環(huán)反饋，所述第二分離模塊采用所述閉環(huán)補償?shù)玫截?fù)序分量，并消除所述第一分離模塊中的誤差，使所述第一分離模塊分離出所述正序分量以便進行鎖相。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相系統(tǒng)還包括: 一第一疊加模塊，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，所述第一輸入端耦接至所述輸入模塊，所述第二輸入端耦接至所述第二分離模塊的輸出端，以及所述輸出端耦接至所述第一分離模塊的輸入端，所述第一疊加模塊用于接收所述每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第一疊加信號作為所述第一待分離量而輸出至所述第一分離模塊的輸入端；以及 一第二疊加模塊,具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端,其中,所述第一輸入端耦接至所述第一分離模塊的輸入端，所述第二輸入端耦接至所述第一分離模塊的輸出端，以及所述輸出端耦接至所述第二分離模塊的輸入端，所述第二疊加模塊用于接收所述第一疊加信號以及所述正 序分量，并將疊加后的信號作為所述第二待分離量而輸出至所述第二分離模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相系統(tǒng)還包括: 一第三疊加模塊，具有一第一輸入端、一第二輸入端和一輸出端，其中，所述第一輸入端耦接至所述輸入模塊，所述第二輸入端耦接至所述第二分離模塊的輸出端，以及所述輸出端耦接至所述第一分離模塊的輸入端，所述第三疊加模塊用于接收所述每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第二疊加信號作為所述第一待分離量而輸出至所述第一分離模塊的輸入端；以及 一第四疊加模塊，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一第三輸入端和一輸出端，其中，所述第一輸入端耦接至所述輸入模塊，所述第二輸入端耦接至所述第一分離模塊的輸出端，所述第三輸入端電性連接至所述第二分離模塊的輸出端，以及所述輸出端耦接至所述第二分離模塊的輸入端，其中，所述第四疊加模塊用于接收所述每路電壓以及各自的正序分量和負(fù)序分量，并將疊加后的信號作為所述第二待分離量而輸出至所述第二分離模塊的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分離模塊還包括一低通濾波器，用于對所述d軸上的正序分量dp()S進行低通濾波處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述第一分離模塊還包括一第一調(diào)節(jié)器、一比較單元以及一積分器，所述第一調(diào)節(jié)器與所述比較單元相連接，以及所述比較單元與所述積分器相連接，其中，所述q軸上的正序分量qpos經(jīng)由所述第一調(diào)節(jié)器耦接至所述比較單元的一輸入端子，將一預(yù)設(shè)頻率信號連接至所述比較單元的另一輸入端子，將二者進行比較后再經(jīng)由所述積分器輸出所述正序分量的相位角度Θ pos0
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，將所述積分器輸出的所述正序分量的相位角度分別輸入至所述第一分離模塊中的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，將與所述積分器輸出的所述正序分量的相位角度相對應(yīng)的相位角度-θ_分別輸入至所述第二分離模塊中的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α 坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述第二分離模塊還包括一第二調(diào)節(jié)器，用于對所述干擾量進行調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)器或第二調(diào)節(jié)器包括一比例積分調(diào)節(jié)器或一比例積分微分調(diào)節(jié)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相系統(tǒng)，其特征在于，所述鎖相系統(tǒng)應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)或太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
11.一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相方法，其特征在于，該鎖相方法包括以下步驟: a)接收三相交流電網(wǎng)的三相電壓并將其轉(zhuǎn)換為兩路電壓VgHda和VgHde，每路電壓包括正序分量、負(fù)序分量； b)將一第一待分離量依次經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d-q坐標(biāo)系/α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換,得 到與所述每路電壓相對應(yīng)的正序分量Vaptjs和Veptjs ； c)將一第二待分離量依次經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換以及d-q坐標(biāo)系/α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換，得到與所述每路電壓相對應(yīng)的負(fù)序分量Vamg和Vemg ；以及 d)將所述每路電壓與相應(yīng)的正序分量Vaptjs和Veptjs、負(fù)序分量Vaneg和V0neig進行疊加，以分離出所述每路電壓中的干擾量，并對所述干擾量進行補償。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鎖相方法，其特征在于，該鎖相方法還包括: 提供一給定為零的參考干擾量； 將所述參考干擾量與所述電壓中的干擾量進行做差從而得到一誤差信號，并通過一調(diào)節(jié)器對所述誤差信號進行補償，以消除誤差；以及 將補償后的信號經(jīng)由d-q坐標(biāo)系/α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換來得到所述負(fù)序分量Vamg和 veneg。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鎖相方法，其特征在于，所述鎖相方法還包括第一疊加步驟，用于: 接收所述每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第一疊加信號作為所述第一待分離量而輸出至第一分離模塊的輸入端；以及 接收所述第一疊加信號以及所述正序分量，并將疊加后的信號作為所述第二待分離量而輸出至第二分離模塊的輸入端。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鎖相方法，其特征在于，所述鎖相方法還包括第二疊加步驟，用于:接收所述每路電壓以及各自的負(fù)序分量，并將疊加后的第二疊加信號作為所述第一待分離量而輸出至第一分離模塊的輸入端；以及 接收所述每路電壓以及各自的正序分量和負(fù)序分量，并將疊加后的信號作為所述第二待分離量而輸出至第二分離模塊的輸入端。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鎖相方法，其特征在于，所述步驟b還包括濾波步驟，用于對經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換得到的d軸上的正序分量Clptjs進行低通濾波處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述 的鎖相方法，其特征在于，所述步驟b還包括相位角度產(chǎn)生步驟，用于將經(jīng)由α-β坐標(biāo)系/d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換得到的q軸上的正序分量qp()S與一預(yù)設(shè)頻率信號進行比較，并對比較結(jié)果進行積分處理后得到所述正序分量的相位角度Θ p0sO
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鎖相方法，其特征在于，將所述正序分量的相位角度分別輸入至第一分離模塊中的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鎖相方法，其特征在于，將與所述正序分量的相位角度相對應(yīng)的相位角度-θ_分別輸入至第二分離模塊中的α-β坐標(biāo)系到d-q坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程以及d-q坐標(biāo)系到α-β坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換過程。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鎖相方法，其特征在于，所述步驟c還包括調(diào)節(jié)步驟，用于對所述干擾量進行補償。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的鎖相方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)步驟由一比例積分調(diào)節(jié)器或一比例積分微分調(diào)節(jié)器來執(zhí)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于三相交流電網(wǎng)的鎖相系統(tǒng)及方法，包括接收交流電網(wǎng)的三相電壓并將其轉(zhuǎn)換為兩相電壓信號，每相電壓信號包括正序分量和負(fù)序分量；將每相電壓信號減去負(fù)序分量，再經(jīng)αβ/dq坐標(biāo)變換和低通濾波得到純凈的正序分量，并對其進行鎖相；以及將每相電壓信號減去以負(fù)序分量為主的干擾量，再減去正序分量來獲取誤差信號，將誤差信號經(jīng)αβ/dq坐標(biāo)變換和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，得到以負(fù)序分量為主的信號。采用本發(fā)明，可精確地得到電網(wǎng)電壓的正序分量和負(fù)序分量。另外，負(fù)序分量的分離過程采用閉環(huán)補償方式，且該分離過程與正序分量的鎖相相互加強，可使整個鎖相過程快速收斂，進而能迅速得到純凈的正序分量，提高了鎖相精度。
文檔編號H02J3/00GK103107532SQ20111035552
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者薛海芬, 邱愛斌, 呂飛, 鄭劍飛 申請人:臺達(dá)電子企業(yè)管理(上海)有限公司