鎖相環(huán)的制作方法
【專利摘要】一種用于估算三相基準信號的相角的鎖相環(huán)。該鎖相環(huán)包括：用于基于該基準信號和估算基頻計算該基頻處的估算第一狀態(tài)和估算第二狀態(tài)的裝置；用于基于該第一狀態(tài)和該第二狀態(tài)計算該基準信號的基本正序分量的裝置；用于基于該基本正序分量和估算相角計算與該相角同步的參考系中的直流分量和正交分量的裝置；以及用于基于該正交分量確定估算基頻和估算相角的估值的裝置。
【專利說明】鎖相環(huán)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及與三相基準信號的同步，并且具體地涉及基準信號不均衡和/或經(jīng)受諧波失真的情形。
【背景技術】
[0002]在一些應用中，能夠與基準信號同步可能是很重要的。例如，在分布式發(fā)電中，連接電網(wǎng)的電力轉(zhuǎn)換器通常必須與公用電網(wǎng)的相位和頻率同步。
[0003]鎖相環(huán)(PLL)可以用于與信號同步。可以以各種方式形成PLL[1]。例如，同步參考系鎖相環(huán)(SRF-PLL) [2]是廣泛使用PLL技術，其能夠檢測基準信號的相角和頻率。
[0004]基于SRF-PLL方法提出了不同的設計[3]-[7]。如同很多其他設計一樣，SRF-PLL基于線性化假設，即可以局部地保證結(jié)果。SRF-PLL可以產(chǎn)生對基準信號的相角、基頻和幅度的快速而又精確的檢測。
[0005]然而，基于SRF-PLL方法的設計會由于諧波失真而易于失敗[8]-[9]。如果基準信號因低階諧波即接近基頻的諧波而失真，則會減小SRF-PLL反饋環(huán)的帶寬而抑制和消除這些諧波對輸出的影響。然而在一些情況下，由于PLL的響應速度也因此可能顯著減小，所以減小PLL帶寬可能是不可接受的解決方案。
[0006]此外，基準信號的不均衡會對基于SRF-PLL方法的設計造成問題[7]、[10]。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種方法以及一種實施該方法的設備以緩解上面的缺點。本發(fā)明的目的是通過以在獨立權(quán)利要求中敘述的內(nèi)容為特征的方法和設備實現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0008]可以通過以下方法來實現(xiàn)關于諧波失真和不均衡的較好容差:首先根據(jù)基準信號計算基本正序分量，然后使用正序分量來估算基準信號的相角。
[0009]基本正序分量的計算可以基于三相信號的描述，其中信號是由按照靜止坐標系中的正序和負序的和來描述的。以這種方式，即使在不均衡條件下也可以提取基本正序分量?；菊蚍至康挠嬎氵€可以包括顯式的諧波補償機制(UHCM)，其可以處理存在于基準信號中的可能的不均衡諧波失真。
[0010]因此，所計算的基本正序分量可以基本上沒有諧波失真和不均衡。
[0011]然后，可以將基本正序分量變換至同步參考系中，并且同步參考系中正序分量的正交分量可以用于估算基準信號的基頻和相角。所估算的基頻又可以用于計算基本正序分量。
[0012]所公開的方法在即使當基準信號經(jīng)受不均衡和諧波失真時也可以提供三相基準信號的相角和基本正序分量的幅度的純凈估值。所公開的方法對于角頻率變化也是魯棒性的?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]下面將參照附圖借助于優(yōu)選實施方式更加詳細地描述本發(fā)明，其中:
[0014]圖1示出了用于估算三相基準信號的相角和基本正序分量的幅度的示例性鎖相環(huán)；
[0015]圖2示出了不均衡諧波補償機制的示例性實施；
[0016]圖3a至圖3d示出了圖1和圖2的布置對基準信號的從均衡到不均衡的變化的仿真瞬態(tài)響應；
[0017]圖4a至圖4d示出了圖1和圖2的示例性布置對添加至已經(jīng)不均衡的基準信號的諧波失真的仿真瞬態(tài)響應；
[0018]圖5a至圖5d示出了圖1和圖2的示例性布置對基頻階躍變化的仿真瞬態(tài)響應；以及
[0019]圖6a至圖6d示出了示例性SRF-PLL算法對基準信號的從均衡到不均衡的變化的仿真瞬態(tài)響應。
【具體實施方式】
[0020]一些應用可能需要關于三相基準信號的相角和基本正序分量的幅度的知識。一些應用還可能需要額外的信息如基準信號的角頻率和基本分量的正序和負序的估值。例如，這可以是以下三相電網(wǎng)連接 系統(tǒng)如電力調(diào)節(jié)設備、柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)、電力線調(diào)節(jié)器、再生驅(qū)動器、不間斷電源(UPS)、用于替代能源的電網(wǎng)連接逆變器以及其他分布式發(fā)電與存儲系統(tǒng)中的情況。
[0021]本公開內(nèi)容公開了一種用于估算三相基準信號的相角的方法。該方法在即使當基準信號不均衡和/或經(jīng)受諧波失真時也能夠提供三相基準信號的相角和基本正序分量的幅度的純凈估值。
[0022]本公開方法對于角頻率變化是魯棒的，并且還可以提供基準信號的角頻率以及基本分量的正序和負序兩者的估值。
[0023]本公開方法可以從基準信號中提取基本正序分量。然后可以將基本正序分量變換至同步參考系中，在同步參考系中可以將基本正序分量的正交分量控制到零，以便估算基準信號的基頻和相角。
[0024]可以基于不均衡三相信號的模型執(zhí)行基本正序分量的提取。通常，信號Va 0可以被看作諧波的和。從而，不均衡三相信號的描述可以包括按照靜止參考系坐標的正序和負序的和。
[0025]根據(jù)[11]，下面的模型描述了諧波頻率Iccoci處的單個不均衡k次階諧波的發(fā)生器:
[0026]
= ^^抑‘* *
[0027]
= it?,;1-?( I )
[0028]上面的模型包括第一狀態(tài)vae,k和第二狀態(tài):其中，按照固定a ^坐標來表示狀態(tài)。可以通過使用克拉克(Clarke)變換將三相電網(wǎng)的相位變量如相電壓變換成a ^坐標。在公式(I)中，J為如下定義的變換矩陣:
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種用于估算三相基準信號(Va 0 )的相角的鎖相環(huán)(10)，其中，所述鎖相環(huán)(10)包括: 用于基于所述基準信號(Va 0 )和估算基頻(0% )計算不均衡三相系統(tǒng)的模型在所述基準信號的基頻處的估算第一狀態(tài))和估算第二狀態(tài)()的裝置(11 )，其中，所述模型包括表示所述基準信號在諧波頻率處的正序分量和負序分量的和的第一狀態(tài)和表示所述正序分量與所述負序分量之間的差的第二狀態(tài)，用于基于所述估算第一狀態(tài)(+I1)和所述估算第二狀態(tài))計算所述基準信號的基本正序分量的裝置(12)，用于基于所述基本正序分量(+^1)和估算相角(^ )計算與所述估算相角(忒)同步的旋轉(zhuǎn)參考系中的直流分量(?:)和正交分量(ifi )的裝置(13)， 用于基于所述直流分量確定所述基本正序分量)的幅度的估值的裝置(13)，以及 用于基于所述正交分量()確定所述估算基頻(4 )和所述估算相角(4 )的估值的裝置(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)，其中，所述鎖相環(huán)包括: 用于基于所述基準信號(va ·0 )、所述估算基頻(S5 )和不均衡三相系統(tǒng)的所述模型提取所述基準信號(va 0 )的至少在除了所述基準信號(va 0 )的基本諧波頻率之外的一個諧波頻率處的諧波含量()的裝置(15)，以及 用于基于所提取的諧波含量(《抑)補償所述基準信號(va 0 )的裝置(15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎖相環(huán)，其中，所述鎖相環(huán)(10)包括:用于基于不均衡三相系統(tǒng)的所述模型的所述估算第一狀態(tài)(In )和所述估算第二狀態(tài)計算所述基準信號(Vae)的基本負序分量)的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的鎖相環(huán)，其中，所述用于確定所述估算基頻()和所述估算相角(氣)的估值的裝置(14)包括將所述正交分量)的大小最小化的控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖相環(huán)，其中，所述控制器包括PI控制器(141)，并且所述估算基頻(義5)直接從所述PI控制器(141)的積分部分中獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖相環(huán)，其中，所述用于提取所述諧波含量的裝置(15)和所述用于補償所述基準信號的裝置(15)被配置成:如果諧波失真不超過所設置的極限，則所述裝置(15)被禁用。
7.一種用于估算三相基準信號(Vae)的相角的方法，其中，所述方法包括:基于所述基準信號(Va 0 )和估算基頻(論# )計算不平衡三相系統(tǒng)的模型在所述基準信號的基頻處的估算第一狀態(tài)(V0^1)和估算第二狀態(tài)(#?w)，其中，所述模型包括表示所述基準信號在諧波頻率處的正序分量和負序分量的和的第一狀態(tài)和表示所述正序分量與所述負序分量之間的差的第二狀態(tài)， 基于所述估算第一狀態(tài)(七p )和所述估算第二狀態(tài))計算所述基準信號的基本正序分量(《^.1 )， 基于所述基本正序分量)和估算相角(S0 )計算與所述估算相角(‘)同步的旋轉(zhuǎn)參考系中的直流分量)和正交分量(Ii1 )， 基于所述直流分量(Vj1 )確定所述基本正序分量(4.1 )的幅度的估值，以及 基于所述正交分量((? )確定所述估算基頻)和所述估算相角)的估值。
【文檔編號】H03L7/08GK103595403SQ201310349349
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月13日
【發(fā)明者】何藝文, 格拉爾多·埃斯科巴爾, 薩米·彼得松 申請人:Abb技術有限公司