[发明专利]一种具有频率前馈补偿的三相电压相位锁定方法

摘要

本发明公开了一种具有频率前馈补偿的三相电压相位锁定方法，该方法利用坐标变换将三相电压从旋转坐标系转换到两相静止坐标系中，以静止坐标系中q轴电压分量为零作为控制目标建立相位跟踪闭环控制系统，通过频率估计手段获得准确的三相电压频率作为前馈量以提高控制系统响应速度。本发明利用频率前馈与反馈技术相结合进行三相相位跟踪控制，该前馈环节的加入能够大大增加相位跟踪闭环系统的响应速度，较传统的三相锁相环技术具有更佳的动态性能，非常适合于系统干扰较大的工业应用场合。

主权项

1.一种具有频率前馈补偿的三相电压相位锁定方法，包括以下步骤：1)初始化，设三相电压A相相位为θ＝0；2)信号采集，采样三相电压信号u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，令采样频率为f_s，其中k为采样序号；3)坐标转换，针对采样获得的数据u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，利用转换公式将三相电压从三相旋转坐标系转换到二相旋转坐标系中，其中u_α(k)、u_β(k)分别为二相旋转坐标系中α轴电压分量和β轴电压分量；4)针对u_α(k)、u_β(k)，利用公式计算二相静止坐标系中q轴电压分量u_q(k)；5)设频率检测环节滤波器传递函数为其中r表示极点半径，0≤r≤1，a为滤波器系数，z为移位因子；令输入信号u_α(k)经过滤波器H(z)后的输出为e_u(k)，为了检测得到准确的三相电压频率以使得滤波器H(z)输出为0，则滤波器系数a的迭代公式为a(k+1)＝a(k)‑λe_u(k)(u_α(k‑1)‑re_u(k‑1))，其中λ为迭代步长，λ＞0；此时三相电压系统角频率w₀(k)＝cos^‑1(‑a(k)/2)，角频率w₀(k)即为系统的前馈控制量；6)令输出滤波器离散表示式为其中a₀、b₀、b₁为滤波器系数，则q轴分量u_q(k)经过输出滤波器后为u_qf(k)；7)令系统误差e(k)＝0‑u_qf(k)，PI控制器的离散表达式为其中k_p、k_i为控制器参数，相位角经过PI控制器调整后为Δw(k)＝k_pe(k)+(Δw(k‑1)‑k_pe(k‑1))+k_ie(k)，其中Δw(k)为PI控制器k时刻输出，Δw(k‑1)为PI控制器k‑1时刻输出；8)前馈控制器与PI控制器综合频率调整量为则此时A相电压相位为θ(k)＝θ(k‑1)+T_s(Δw(k)+w₀(k))，其中T_s为采样周期；如果相位θ(k)＞2π，则调整后最终的相位θ(k)＝θ(k)‑2π；如果θ(k)＜‑2π，则调整后最终的相位θ(k)＝θ(k)+2π；9)根据A相电压相位得到B、C相电压相位分别为10)重复执行步骤2)至步骤9)，以获得下一个时刻的三相电压相位。