锁相环系统和并网逆变器控制系统的制作方法

本申请涉及并网控制，尤其涉及一种锁相环系统和并网逆变器控制系统。

背景技术：

1、新能源并网逆变器(grid-connected inverter，gci)具有控制环路复杂以及多时间尺度的特点。这就导致gci在并网运行过程中存在宽频带振荡的失稳现象。

2、根据相关标准规定，电网短路比(short-circuit ratio，scr)大于3时，定义为强电网，scr处于2～3时定义为弱电网，scr小于2时定义为极弱电网。在弱电网条件下，gci的失稳现象通常是由锁相环(phase-locked loop，pll)和电网阻抗在低频段的交互产生的。为解决弱电网下pll主导的gci稳定性问题，相关技术中，通常采用基于pi控制器的同步旋转坐标系锁相环(synchronous reference frame phase-locked loop，srf-pll)参与gci的并网控制。在gci的并网控制过程中，通过降低srf-pll的带宽，可以有效提高gci在弱电网下的稳定性。

3、然而，srf-pll的带宽降低，会导致其跟踪速度相应降低，进而影响并网电流的动态响应性能。

技术实现思路

1、本申请实施例提供了一种锁相环系统和并网逆变器控制系统，以解决在gci的并网控制过程中，锁相环无法兼顾gci的稳定性和自身的动态响应性能的问题。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种锁相环系统，包括：

3、第一坐标变换模块，基于上一时刻的锁相角，将当前时刻静止坐标系下的并网点电压转化为旋转坐标系下的第一并网点电压；

4、第一比例控制器，基于第一预设比例系数，对所述第一并网点电压进行比例控制，得到第一电压角频率偏差值；

5、第一综合比较器，用于接收当前时刻的电网前馈角频率，并将所述电网前馈频率和所述第一电压角频率偏差值进行叠加；所述电网前馈角频率为电网实时角频率；

6、第一积分器，用于对叠加后的结果进行积分，得到当前时刻的锁相角，并将当前时刻的锁相角输入至所述第一坐标变换模块。

7、在一种可能的实现方式中，所述控制系统还包括：频率前馈自适应模块；

8、所述频率自适应模块，用于基于当前时刻静止坐标系下的并网点电压以及电网额定角频率，确定当前时刻的电网实时角频率。

9、在一种可能的实现方式中，所述频率前馈自适应模块，包括：

10、第二坐标变换模块，用于基于上一时刻的相位结果，将所述当前时刻静止坐标系下的并网点电压转化为旋转坐标系下的第二并网点电压；

11、第二比例控制器，基于第二预设比例系数，对所述第二并网点电压进行比例控制，得到第二电压角频率偏差值；

12、第二综合比较器，用于接收电网额定角频率，并将所述电网额定角频率和所述第二电压角频率偏差值进行叠加，得到当前时刻的电网实时角频率，并将所述电网实时角频率输入至所述第一综合比较器；

13、第二积分器，用于所述电网实时角频率进行积分，得到当前时刻的相位结果，并将当前时刻的相位结果输入至所述第二坐标变换模块。

14、在一种可能的实现方式中，所述频率前馈自适应模块还包括：设置在所述第二比例控制器和所述第二综合比较器之间的低通滤波器；

15、所述低通滤波器，用于对所述第二电压角频率偏差值进行低通滤波处理，并将处理后的第二电压角频率偏差值输入至所述第二综合比较器。

16、在一种可能的实现方式中，所述第二预设比例系数与所述第一预设比例系数正相关，且所述第二预设比例系数小于所述第一预设比例系数。

17、在一种可能的实现方式中，所述第二预设比例系数与所述第一预设比例系数之间的关系表达式为：

18、kp2＝kadjkp1

19、其中，kp2表示第二预设比例系数，kadj表示相关因子，且0＜kadj＜1，kp1表示第一预设比例系数。

20、在一种可能的实现方式中，所述静止坐标系包括：三相静止坐标系，所述旋转坐标系包括：两相旋转坐标系；所述第一坐标变换模块，具体用于：

21、获取当前时刻三相静止坐标系下的并网点电压以及上一时刻的锁相角；

22、将所述三相静止坐标系下的并网点电压，转化为两相静止坐标系下的并网点电压；

23、基于上一时刻的锁相角，将所述两相静止坐标系下的并网点电压，转化为两相旋转坐标系下的第一并网点电压。

24、在一种可能的实现方式中，三相静止坐标系下的并网点电压包括：abc三相的并网点电压，两相静止坐标系下的并网点电压包括：α轴电压分量和β轴电压分量；

25、所述第一坐标变换模块，具体用于：

26、根据将所述abc三相的并网点电压，转化为α轴电压分量和β轴电压分量；

27、其中，uα表示α轴电压分量，uβ表示β轴电压分量，t3s-2s表示clark变换因子，ua、ub和uc表示abc三相的并网点电压。

28、在一种可能的实现方式中，两相旋转坐标系下的第一并网点电压包括：第一q轴电压分量；

29、所述第一坐标变换模块，具体用于：

30、根据uq＝-sinθuα+cosθuβ将α轴电压分量和β轴电压分量，转化为第一q轴电压分量；

31、其中，uq表示第一q轴电压分量，θ表示所述上一时刻的锁相角。

32、第二方面，本申请实施例提供了一种并网逆变器控制系统，包括：如第一方面中任一项所述的锁相环系统。

33、本申请实施例提供一种锁相环系统及并网逆变器控制系统。其中，上述锁相环系统包括第一坐标变换模块、第一比例控制器、第一综合比较器和第一积分器，第一坐标变换模块将当前时刻静止坐标系下的并网点电压转化为旋转坐标系下的第一并网点电压，第一比例控制器对第一并网点电压进行比例控制，得到第一电压角频率偏差值，第一综合比较器将电网前馈频率和第一电压角频率偏差值进行叠加，第一积分器对叠加后的结果进行积分，得到当前时刻的锁相角，进而，基于该锁相角参与gci的并网控制。在gci的并网控制过程，通过降低锁相环系统的带宽，可以解决gci并网控制过程中的失稳问题。为解决带宽降低所带来的响应速度下降的问题，本申请实施例利用第一比例控制器代替srf-pll中的pi控制器，从而可以有效减小系统调节时间，提高锁相环的响应速度。另外，为避免本申请实施例所提供的锁相环出现锁相误差，上述电网前馈角频率为电网实时角频率，即本申请实施例将电网实时角频率作为电网前馈角频率，以实现实时前馈匹配，消除锁相误差。

技术特征：

1.一种锁相环系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的锁相环系统，其特征在于，所述控制系统还包括：频率前馈自适应模块；

3.根据权利要求2所述的锁相环系统，其特征在于，所述频率前馈自适应模块，包括：

4.根据权利要求3所述的锁相环系统，其特征在于，所述频率前馈自适应模块还包括：设置在所述第二比例控制器和所述第二综合比较器之间的低通滤波器；

5.根据权利要求3或4所述的锁相环系统，其特征在于，所述第二预设比例系数与所述第一预设比例系数正相关，且所述第二预设比例系数小于所述第一预设比例系数。

6.根据权利要求5所述的锁相环系统，其特征在于，所述第二预设比例系数与所述第一预设比例系数之间的关系表达式为：

7.根据权利要求1-4中任一项所述的锁相环系统，其特征在于，所述静止坐标系包括：三相静止坐标系，所述旋转坐标系包括：两相旋转坐标系；所述第一坐标变换模块，具体用于：

8.根据权利要求7所述的锁相环系统，其特征在于，三相静止坐标系下的并网点电压包括：abc三相的并网点电压，两相静止坐标系下的并网点电压包括：α轴电压分量和β轴电压分量；

9.根据权利要求8所述的锁相环系统，其特征在于，两相旋转坐标系下的第一并网点电压包括：第一q轴电压分量；

10.一种并网逆变器控制系统，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的锁相环系统。

技术总结本申请提供一种锁相环系统及并网逆变器控制系统，属于并网控制领域。该系统包括：第一坐标变换模块，基于上一时刻的锁相角，将当前时刻静止坐标系下的并网点电压转化为旋转坐标系下的第一并网点电压；第一比例控制器，基于第一预设比例系数，对第一并网点电压进行比例控制，得到第一电压角频率偏差值；第一综合比较器，用于接收当前时刻的电网前馈角频率，并将电网前馈频率和第一电压角频率偏差值进行叠加；电网前馈角频率为电网实时角频率；第一积分器，用于对叠加后的结果进行积分，得到当前时刻的锁相角，并将当前时刻的锁相角输入至第一坐标变换模块。本申请能够在保障GCI的稳定性的前提下，提升动态响应性能。技术研发人员：孟良,胡雪凯,李铁成,孟政吉,苏灿,周文,杨少波,周昊,薛世伟,李子璠受保护的技术使用者：国网河北省电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/29