本發(fā)明涉及電力，尤其涉及一種改進(jìn)型的三相同步鎖相環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、在許多電力電子應(yīng)用中，例如動態(tài)電壓恢復(fù)器、靜止無功補(bǔ)償器（svg）、有源電力濾波器（apf）、不間斷電源（ups）、光伏發(fā)電系統(tǒng)以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，均需要通過使用鎖相環(huán)來獲取精確的電網(wǎng)電壓的相位，鎖相環(huán)的性能直接影響系統(tǒng)的整體效果。因此，鎖相環(huán)技術(shù)至關(guān)重要。

2、三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）y由于其簡單方便，被廣泛運(yùn)用于三相系統(tǒng)中。電網(wǎng)作為一個復(fù)雜且動態(tài)的系統(tǒng)，其運(yùn)行可能受到各種因素的干擾，如電網(wǎng)故障和非線性負(fù)載，這些都會引發(fā)電壓向量的不穩(wěn)定、不平衡或諧波污染。在這種情況下，如果鎖相環(huán)無法準(zhǔn)確地捕捉電壓相位，控制系統(tǒng)將無法有效管理功率信號，可能導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)的誤動作，甚至嚴(yán)重?fù)p害功率器件。因此，三相鎖相環(huán)必須具備強(qiáng)大的抗干擾能力，確保即使在惡劣的條件下也能可靠地檢測相位信息，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和保護(hù)設(shè)備的安全。

3、傳統(tǒng)的單同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系鎖相環(huán)srf-pll對三相平衡電壓的鎖相非常有效，但在三相電壓不平衡或畸變時不能有效進(jìn)行鎖相，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)畸變時，適當(dāng)?shù)慕档蛃rf-pll帶寬可以獲得較為準(zhǔn)確的相位信息，但是其動態(tài)響應(yīng)速度會明顯降低。當(dāng)前為了解決三相不平衡時，srf-pll鎖相異樣的問題，一般采用雙同步參考坐標(biāo)系解耦鎖相環(huán)（ddsrf-pll）或引入雙廣義二階積分器鎖相環(huán)（dsogi-pll），或者在srf-pll增加低通濾波器與帶阻濾波器。ddsrf-pll是通過引入正負(fù)序電壓前饋控制，以此消除d、q軸分量中二倍頻分量，該方法需要分別計算正負(fù)分量，控制方法復(fù)雜且計算量大。dsogi-pll是一種先進(jìn)的頻率自動控制技術(shù)，利用相位的自動調(diào)節(jié)來獲取隨時間變化的正弦波瞬時相位，利用sogi自身具有的選頻特性，實(shí)現(xiàn)對二倍頻波動分量的濾除，該方法需要引入兩個sogi濾波器，并且需要在兩相靜止坐標(biāo)系中處理，整體計算復(fù)雜且計算量大；在srf-pll增加低通濾波器或帶阻濾波器的方法，雖然簡單方便，但容易造成相位和幅值的偏移，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過說明書以及其他說明書附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

2、本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種改進(jìn)型的三相同步鎖相環(huán)控制系統(tǒng)及控制方法。在三相不平衡時系統(tǒng)中，若使用srf-pll進(jìn)行鎖相，則會在 d、 q軸中引入一個二倍頻波動分量，導(dǎo)致鎖相失效，造成系統(tǒng)失穩(wěn)的問題。為了解決上述問題，通常采用ddsrf-pll、dsogi-pll進(jìn)行鎖相，或者在srf-pll中增加低通濾波器、帶阻濾波器，來去除 d、 q軸上的二倍頻分量，但這些方法控制算法復(fù)雜，需要進(jìn)行實(shí)時更新運(yùn)算，計算量大。針對在三相不平衡時系統(tǒng)中，srf-pll會在 d、 q軸引入二倍頻波動分量的問題，提出了一種基于savitzky?golay?filter（sg）算法的改進(jìn)型srf-pll，在保證信號不失真的前提下，極大程度地減小了鎖相環(huán)的計算量，有效濾除 d、 q軸引入二倍頻波動分量。

3、本發(fā)明提供了一種改進(jìn)型的三相同步鎖相環(huán)控制系統(tǒng)，包括坐標(biāo)變換單元、sg濾波器、比例積分控制器、積分環(huán)節(jié)單元以及調(diào)制器；所述坐標(biāo)變換單元的輸入端接入三相電網(wǎng)電壓，所述坐標(biāo)變換單元的輸出端與所述sg濾波器的輸入端連接，所述sg濾波器的輸出端與所述比例積分控制器的輸入端連接，所述比例積分控制器的輸出端與所述積分環(huán)節(jié)單元的輸入端連接，所述積分環(huán)節(jié)單元的輸出端與所述調(diào)制器的輸入端連接，所述調(diào)制器的輸出端與所述坐標(biāo)變換單元的輸入端連接；所述sg濾波器包括原始數(shù)據(jù)輸入單元、滑動窗口、擬合數(shù)據(jù)單元與擬合數(shù)據(jù)輸出單元。

4、本發(fā)明在傳統(tǒng)的三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）引入sg濾波器，構(gòu)建了一種基于savitzky?golay算法的改進(jìn)型三相同步鎖相環(huán)（srf-pll），以消除三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）在三相電壓不平衡時 d、 q軸上的二倍頻分量大大提高了整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并且改進(jìn)型三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）保證了鎖相結(jié)果不含有諧波成分，大大提高了鎖相的準(zhǔn)確度。

5、在一些實(shí)施例中，所述sg濾波器通過sg濾波算法進(jìn)行計算以得到濾波結(jié)果。

6、在一些實(shí)施例中，所述sg濾波算法具體為：

7、獲取sg濾波器中滑動窗口內(nèi)的原始數(shù)據(jù)；

8、采用多項(xiàng)式對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以獲得擬合的數(shù)據(jù)；

9、求解擬合的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的殘差平方和；

10、求解殘差平方和的偏導(dǎo)數(shù)；

11、求解擬合系數(shù)；

12、得到擬合結(jié)果的多項(xiàng)式。

13、在一些實(shí)施例中，若一組時間序列信號，用一個窗口寬度為2 m+1的滑動窗口進(jìn)行信號濾波處理，則滑動窗口內(nèi)的原始數(shù)據(jù)為。

14、在一些實(shí)施例中，所述多項(xiàng)式為n階多項(xiàng)式，具體為：

15、；

16、式中，為擬合結(jié)果；為擬合系數(shù)。

17、在一些實(shí)施例中，殘差平方和的表達(dá)式為：

18、。

19、在一些實(shí)施例中，求解殘差平方和的偏導(dǎo)數(shù)具體為：

20、；

21、式中，表示第個擬合系數(shù)；

22、對上式進(jìn)行簡化，得到：

23、。

24、在一些實(shí)施例中，求解擬合系數(shù)是通過引入第一矩陣與第二矩陣來求解的，具體為：

25、將用第一矩陣來表示，第一矩陣為一個（2m+1）行（n+1）列的矩陣，其表達(dá)式為：

26、，

27、則有：

28、，

29、式中，，、；

30、若第二矩陣為：

31、，

32、則有：

33、，

34、式中，，；

35、將用矩陣表示，其表達(dá)式為：

36、；

37、將用矩陣表示，其表達(dá)式為：

38、；

39、根據(jù)偏導(dǎo)數(shù)、第一矩陣、第二矩陣、矩陣以及矩陣，可以得到：

40、；

41、根據(jù)上式，可得擬合系數(shù)矩陣為：

42、。

43、在一些實(shí)施例中，擬合結(jié)果的多項(xiàng)式用矩陣表示為：

44、。

45、在一些實(shí)施例中，。

46、在一些實(shí)施例中，所述sg濾波器的輸出端與所述比例積分控制器的輸入端設(shè)置有給定電壓。

47、在一些實(shí)施例中，所述比例積分控制器的輸出端與所述積分環(huán)節(jié)單元的輸入端之間設(shè)置有參考角頻率。

48、本發(fā)明還提供了一種改進(jìn)型的三相同步鎖相環(huán)控制方法，包括：

49、采集三相電網(wǎng)電壓信號；

50、采用坐標(biāo)變換將三相電網(wǎng)電壓信號轉(zhuǎn)換成兩相電網(wǎng)電壓信號；

51、利用sg濾波算法對兩相電網(wǎng)電壓信號進(jìn)行濾波處理，以得到濾波結(jié)果；

52、對濾波結(jié)果進(jìn)行比例積分控制以實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)。

53、本發(fā)明在傳統(tǒng)的三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）引入sg濾波算法，構(gòu)建了三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）的開環(huán)傳遞函數(shù)，以消除三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）在三相電壓不平衡時 d、 q軸上的二倍頻分量大大提高了整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并且改進(jìn)型三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）保證了鎖相結(jié)果不含有諧波成分，大大提高了鎖相的準(zhǔn)確度。

54、在一些實(shí)施例中，所述鎖相環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

55、，

56、式中，為sg濾波器的傳遞函數(shù)，為拉普拉斯算子；為pi控制器比例系數(shù)；為pi控制器積分系數(shù)，為三相合成電壓矢量。

57、在一些實(shí)施例中，所述sg濾波算法具體為：

58、獲取sg濾波器中滑動窗口內(nèi)的原始數(shù)據(jù)；

59、采用多項(xiàng)式對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，以獲得擬合的數(shù)據(jù)；

60、求解擬合的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的殘差平方和；

61、求解殘差平方和的偏導(dǎo)數(shù)；

62、求解擬合系數(shù)；

63、得到擬合結(jié)果的多項(xiàng)式。

64、通過采用上述的技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

65、本發(fā)明在傳統(tǒng)的三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）引入sg濾波器，構(gòu)建了一種基于savitzky?golay算法的改進(jìn)型三相同步鎖相環(huán)（srf-pll），以消除三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）在三相電壓不平衡時 d、 q軸上的二倍頻分量大大提高了整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并且改進(jìn)型三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）保證了鎖相結(jié)果不含有諧波成分，大大提高了鎖相的準(zhǔn)確度。

66、本發(fā)明在傳統(tǒng)的三相同步鎖相環(huán)（srf-pll）引入sg濾波算法，建立了一種基于savitzky?golay算法的改進(jìn)型三相同步鎖相環(huán)（srf-pll），以改變了鎖相環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)，相對于dsogi-pll、ddsrf-pll等其他鎖相環(huán)方法更加簡單，整體的計算量更小。

67、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本公開。

68、無疑的，本發(fā)明的此類目的與其他目的在下文以多種附圖與繪圖來描述的較佳實(shí)施例細(xì)節(jié)說明后將變?yōu)楦语@見。

69、為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一個或數(shù)個較佳實(shí)施例，并配合所示附圖，作詳細(xì)說明如下。