一种基于积分法的锁相环控制方法

摘要

本发明涉及属于电力系统运行控制方法技术领域的一种基于积分法的锁相环控制方法。采用park变换的方法将原信号分解到d轴、q轴上，并且把电压分量分别用正负序相量表示；分别对d轴和q轴电压分量做时间t的积分，交叉运算消除不平衡分量；然后再消去一阶函数；将V_d+、V_q+合成为测量电压并与电压参考值V_ref进行比较，将差值输入到PI运算环节，得到用于锁相环控制的相位信号；这样，即得到基于积分法的锁相环控制方法。本发明与现有方法相比，平衡条件或不平衡条件均适用；不会引入时间延迟；如果原信号中有高次谐波时，采用基于微分的锁相环控制方法会放大这些谐波，造成不好的影响，本发明则不会放大这些谐波。在电力系统运行控制领域具有重要积极意义。

主权项

1.一种基于积分法的锁相环控制方法，其特征在于，该方法步骤为：（1）采用park变换将三相不平衡电压从abc坐标变换到dq坐标下，并作正负序分解；将电网三相不平衡电压进行park变换，从abc坐标转换为dq坐标下分量V_d和V_q，V_d和V_q分别表示电压相量在d轴和q轴上的分量，V_ref表示电压参考值，表示锁相环输出的相位信号，M为调制比，δ为移相角；因为是不平衡量，写成正负序分量相加的形式，在不平衡情况下，存在正序分量V₊和负序分量V_-；正序分量V₊以ω的角速度逆时针旋转，与坐标轴同步，相对静止，与d轴夹角为θ₊，正序分量V₊分解得到：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{d+}=V_{+}\cos {\theta }_{+}\\ V_{q+}=V_{+}\sin {\theta }_{+}\end{array}\right.,---1)$其中，V_d+是电压相量在d轴上分量V_d的正序分量，V_q+是电压相量在q轴上分量V_q的正序分量,V₊是电压相量正序分量，θ₊是V₊与d轴的夹角；负序分量V_-以ω的角速度顺时针旋转，相对于坐标轴是以2ω的角速度顺时针旋转，与d轴夹角为θ_-，负序分量V_-分解得到$\left\{\begin{array}{c}{V}_{d-}=V_{-}\cos (2\mathrm{\omega t}+{\theta }_{-})\\ V_{q-}=-V_{-}\cos (2\mathrm{\omega t}+{\theta }_{-})\end{array}\right.,---2)$其中，V_d-是电压相量在d轴上分量V_d的负序分量，V_q-是电压相量在q轴上分量V_q的正序分量,V_-是电压相量负序分量，θ_-是V_-与d轴的夹角；由以上两式得到在三相不平衡情况下，电压相量在dq坐标下的表达形式:$\left\{\begin{array}{c}{v}_d=v_{d+}+v_{d-}=V_{+}\cos {\theta }_{+}+V_{-}\cos (2\mathrm{\omega t}+{\theta }_{-})\\ v_q=v_{q+}+v_{q-}=V_{+}\sin {\theta }_{+}-V_{-}\sin (2\mathrm{\omega t}+{\theta }_{-})\end{array}\right.,---3)$由上式可以看出，在三相不平衡情况下，在d轴和q轴上出现了两倍频的扰动量；（2）对电压相量的d轴和q轴分量分别作积分运算，通过积分方法消去两倍频分量；然后通过比较环节和PI运算环节得到同步相角所述通过积分方法消去两倍频分量的方法为：对式1)中电压相量V_d和V_q分别对时间t作积分,得$\left\{\begin{array}{c}\text{∫}{V}_d\mathrm{dt}=V_{+}\cos {\theta }_{+}t+\frac{V_{-}}{2\omega }\sin (2\mathrm{\omega t}+{\theta }_{-})\\ {\int V}_q\mathrm{dt}=V_{+}\sin {\theta }_{+}t+\frac{V_{-}}{2\omega }\cos (2\mathrm{\omega t}+{\theta }_{-})\end{array}\right.,---4)$对于d轴分量：V_d-2ω∫V_qdt＝V₊cosθ₊-2ωV₊sinθ₊t，    5）结果中存在一阶函数；将其消去，设目标函数为：f(t)＝V₊cosθ₊-2ωV₊sinθ₊t，    6）仿真步长为T，在时间轴上取两点t₁，t₂，其中t₂＝t₁+T，对应函数：f(t₁)＝V₊cosθ₊-2ωV₊sinθ₊t₁f(t₂)＝V₊cosθ₊-2ωV₊sinθ₊t₂，    7）设斜率为K，则，$\begin{array}{c}K=-2\omega V_{+}\sin {\theta }_{+}=\frac{f\left(t_2\right)-f\left(t_1\right)}{T}\\ =\frac{-2\omega V_{+}\sin {\theta }_{+}{t}_2+2\omega V_{+}\sin {\theta }_{+}{t}_1}{T}\end{array},---8)$消去一阶函数，得：V_d+＝f(t)-Kt＝V₊cosθ₊-2ωV₊sinθ₊t-Kt＝V₊cosθ₊，    9）；对于q轴分量：V_q+2ω∫V_ddt＝V₊sinθ₊+2ωV₊cosθ₊t    10）结果中存在一阶函数，将其消去，设目标函数为：g(t)＝V₊sinθ₊+2ωV₊cosθ₊t，    11）仿真步长为T，在时间轴上取两点t₁，t₂，其中t₂＝t₁+T，对应函数g(t₁)＝V₊sinθ₊+2ωV₊cosθ₊t₁g(t₂)＝V₊sinθ₊+2ωV₊cosθ₊t₂，    12）设斜率为K，则，$\begin{array}{c}K=2\omega V_{+}\cos {\theta }_{+}=\frac{g\left(t_2\right)-g\left(t_1\right)}{T}\\ =\frac{2\omega V_{+}\cos {\theta }_{+}{t}_2-2\omega V_{+}\cos {\theta }_{+}{t}_1}{T}\end{array},---13)$消去一阶函数，得：V_q+＝g(t)-Kt＝V₊sinθ₊+2ωV₊cosθ₊t-Kt＝V₊sinθ₊，    14）；上式中正弦、余弦分量分别表示电压相量在q轴和d轴上的投影，也即是在q轴和d轴上的分量；将式9）、14）得到的V_d+和V_q+合成为测量电压，并与电压参考值V_ref通过比较环节进行比较，得到差值，将差值输入到PI运算环节消除误差，得到相位信号所述比较环节为将测量值与参考值相比较得出差值；所述PI运算环节即比例积分运算环节；这样，即得到基于积分法的锁相环控制方法。