技術領域

本發明公開了一種基于無功補償的滑動加權單相軟鎖相方法，涉及并網逆變器系統控制領域。

背景技術

在電力電子變換裝置中，單相并網逆變器能夠將電能回饋到電網，它具有直流電壓穩定，輸出電流正弦化，電網能量饋送等優點，在太陽能、風能、儲能等可再生能源的利用中得到廣泛的應用。

對電網電壓或電流相位信息的準確獲取對各種并網逆變器的穩態、動態性能以及安全運行具有重要影響，在一些特殊的應用下，為了獲得更為卓越的控制性能，還需要測量電網電壓或電流的幅值。鎖相環技術被廣泛用于電力電子系統中，以獲取輸入信號相位。

為達到優良的鎖相控制功能，在三相并網逆變器系統中已經提出了很多鎖相方法，得到了很好的應用，并在此基礎上提出了單相鎖相的方法。在進行dq無功解耦變換前，需要2個正交的信號量，但在單相系統中，獲得的信號量只有單相電壓值，無法提供和其正交的信號量，故此提出了很多生成正交虛擬量方法，包含延時或移相90度、對單相輸入信號進行微分，反派克變換、二階通用積分器PLL等都致力于獲取準確的正交虛擬信號。但都在一定程度上存在這無法快速響應頻率變化以及對噪聲的處理不夠得當，從而影響最終的鎖相效果。

中國專利CN101291150公開了“采用軟件實現單相鎖相環的方法”，它針對單相并網逆變器通過基于瞬時無功理論，通過延時90度相位角產生正交虛擬信號，得出的α、β量通過瞬時無功的dq0變換出的q軸分量的輸出進行PI調節，以PI調節環的輸出進行頻率校正，從而實現鎖相技術，保持和電網同頻。但這種方法從原理上就存在動態響應慢的問題，從而使得在輸入信號頻率快速變換時，無法保證準確獲取相位移動信息，來跟蹤鎖相。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：針對現有技術的缺陷，提供一種控制精度高，鎖相速度快，抗干擾能力強的單相并網逆變器的軟件鎖相控制方法。在本發明公開的方法中，為保證單相并網逆變器能獲得良好的性能，在實現軟件鎖相的同時，能獲得快速的頻率響應和準確的鎖相偏差，關鍵在于準確產生β信號量，然后通過dq變換得出的q軸分量，通過PI調節使其輸出為零，調節的輸出量控制頻率，達到鎖相目的。利用旋轉方向相反的兩組派克變換，將變換結果進行正負零序交叉解耦，為消除在單相系統中的噪聲干擾，加入移相90度的正交虛擬量到系統中進行反饋調節，從而使鎖相得出的q軸分量更加準確，響應速度更快。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于無功補償的滑動加權單相軟鎖相方法，具體步驟如下：

步驟一、采集當前電網側的單相電壓，得到電壓正弦波形的瞬時值，通過濾波算法優化所述電壓正弦波形的瞬時值；

步驟二、將優化后的電壓正弦波形瞬時值作為派克變換的橫軸輸入分量，將派克變換的縱軸輸入分量置為零，依次經過正、負序派克變化得到正、負序dq分量；

步驟三、對正、負序dq分量進行交叉解耦運算，分解出電壓的有功分量和無功分量，得出結果如下：

其中，U_d為電壓的有功分量，U_q為電壓的無功分量；

步驟四、將步驟一中所得優化后的電壓正弦波形瞬時值進行90°相移，獲得與原電壓值相正交的虛擬量；

步驟五、將優化后的電壓正弦波形瞬時值作為dq變換矩陣的橫軸輸入分量，將步驟四中得到的虛擬量作為dq變換矩陣的縱軸輸入分量，進行dq變換，得到經過90°相移后電壓的無功分量；

步驟六、將步驟二所得的電壓的無功分量與步驟五所得的經過90°相移后電壓的無功分量進行滑動加權合成運算，得到滑動加權合成運算的輸出值；

步驟七、將步驟六中得到的滑動加權合成運算的輸出值和給定量值0作為輸入量進行PI調節，PI調節的輸出量經過比例換算，得出當前的鎖相頻率值，根據當前的鎖相頻率值通過壓控振蕩器模塊調節SPWM的周期值，實現跟蹤軟鎖相。

進一步的，步驟二中使用的派克變換矩陣為：