提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法及系统

技术领域

本发明涉及交流系统并网技术领域，尤其涉及一种提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着新能源电力电子装置在电力系统中的大量应用，渗透率逐渐提高，新型电力系统正在向高比例新能源和高比例电力电子设备的趋势发展，此变化趋势改变了传统电力系统的诸多特性，也不可避免地会出现新的稳定性问题。弱电网条件下，电网阻抗大小、锁相环和电压环带宽均会影响系统稳定性，且受这些因素共同影响的频率耦合现象也会对稳定性产生影响。在电网电压故障穿越期间，暂态响应需要快速无功电流支撑，有功电流也需要有较快的响应速度来维持功角平衡。由此引起的并网口相位大幅迅速偏移，对锁相环路造成冲击，容易引起频率大范围波动，甚至失稳。

现有技术从直流电压环和锁相环的不对称特性角度分析了频率耦合产生的原因，并提出了一套补偿算法，但是算法复杂，不易数字化实现。

现有技术为抑制频率波动，提出注入额外电压扰动的方法抵消锁相环引入的电压扰动，其本质相当于在锁相环路引入低通滤波器，降低锁相环的灵敏度，同时降低了锁相环的动态响应特性，且计算复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法及系统，在弱电网条件下的电压故障穿越期间，可以很好的抑制频率偏移，并具有很高的锁相精度，动态性能良好，算法简洁易实现。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法，包括：

获取并网口的三相交流电压；

对所述三相交流电压进行坐标变换，将静止坐标系abc下的三相交流电压转换为旋转坐标系下d轴直流电压向量Ud+和q轴直流电压向量Uq+；

将q轴直流电压向量Uq+送入锁相环节，获得实时电网相位信息，记录所述相位信息到达2π时的中断周期序号；

当检测到电网发生深度跌落时，切入到自建相位模式，基于跌落前的频率值、所述相位信息到达2π时的中断周期序号以及当前的中断周期序号，得到自建的电网相位。

当检测到电网发生深度跌落时，将实时的q轴直流电压向量Uq+输入至相位补偿调节器，输出补偿量Δθ，将自建的电网相位与补偿量Δθ相加，得到最终的电网相位信息。

其中，基于跌落前的频率值、所述相位信息到达2π时的中断周期序号以及当前的中断周期序号，得到自建的电网相位，具体为：

其中，waveindex为当前的中断周期序号，waveindex_old为相位信息到达2π时的中断周期序号，ω

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相系统，包括：

数据获取模块，用于获取并网口的三相交流电压；

坐标变换模块，用于对所述三相交流电压进行坐标变换，将静止坐标系abc下的三相交流电压转换为旋转坐标系下d轴直流电压向量Ud+和q轴直流电压向量Uq+；

锁相控制模块，用于将q轴直流电压向量Uq+送入锁相环节，获得实时电网相位信息，记录所述相位信息到达2π时的中断周期序号；

自建电网相位模块，用于当检测到电网发生深度跌落时，切入到自建相位模式，基于跌落前的频率值、所述相位信息到达2π时的中断周期序号以及当前的中断周期序号，得到自建的电网相位。

相位补偿模块，用于当检测到电网发生深度跌落时，将实时的q轴直流电压向量Uq+输入至相位补偿调节器，输出补偿量Δθ，将自建的电网相位与补偿量Δθ相加，得到最终的电网相位信息。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在电网发生深度跌落时，根据跌落前的频率值、所述相位信息到达2π时的中断周期序号以及当前的中断周期序号，得到自建的电网相位；可以抑制电压骤降过程因dq轴正负序分离引起的Uq幅值波动导致的频率大幅偏移。

(2)由于在故障穿越过程中旋转坐标系下的交流有功电流Id的变化会引起并网口的相位变化，导致存在一个小的相位偏差，影响有功和无功电流的控制精度。本发明对自建的电网相位进行动态相位补偿，能够保持电网频率不变，用相位闭环跟踪补偿因有功电流变化引起的并网口相位偏移，提高相位跟踪精度。

(3)本发明算法简单易于实现，算力资源消耗较小，容易在数字化平台部署实现。

本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。

附图说明

图1为本发明实施例中提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法过程示意图；

图2为传统锁相环结构示意图；

图3为传统锁相环电压深度跌落时频率偏移示意图；

图4为本发明实施例方法在电压深度跌落时的频率偏移示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

传统的锁相环结构如图2所示，将并网口电压Upcc经过正负序分离，并进行park变化得到Uq+，与参考电压0做差，得到锁相误差；再经过PI调节器进行调整，并叠加基础频率w0得到锁相频率值w，对w进行积分便可获得电网的相位信息；同时将相位信息送入park变换环节进行旋转坐标到静止坐标的变换。这样就形成了一个锁相环。

图3给出了传统锁相环电压深度跌落时频率偏移示意图，可以看出，传统锁相环在电压跌落过程中，频率发生了大范围的偏移，并且无法回到稳定状态，整个过程频率波动振荡，造成正序电压Ud和无功电流Iq的大幅度波动，穿越不平稳，可能引起功角失稳问题。

基于此，在一个或多个实施方式中，公开了一种提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法，结合图1，具体包括如下过程：

S101：获取并网口的三相交流电压；

S102：对三相交流电压进行clark变换，将静止坐标系下的三相交流电压Ua、Ub、Uc转换为静止坐标系下Uα、Uβ，再经过二阶广义积分器(SOGI)做正负序分离得到正序分量Uα+、Uβ+，经过park变换，转换为旋转坐标系下d轴直流电压向量Ud+和q轴直流电压向量Uq+。

本实施例中，d轴直流电压向量Ud+和q轴直流电压向量Uq+均为正序分量。

S103：将q轴电压向量Uq的正序分量Uq+送入锁相环节，获得实时电网相位信息。

本实施例中，在锁相环节，将q轴直流电压向量Uq+与0作差送入一个PI调节器中，再将其叠加基频角速度ω

PI调节器的具体公式如下：

其中，G

同时，实时记录频率值w

本实施例中，w

S104：当检测到电网发生深度跌落时，切入到自建相位模式，基于跌落前的频率值、相位信息到达2π时的中断周期序号以及当前的中断周期序号，得到自建的电网相位。

本实施例中，当检测到d轴直流电压向量Ud+跌落深度低于0.2p.u.时，判定电网发生深度跌落，切入到自建相位模式；一旦切入自建相位模式则不再切出，直至d轴直流电压向量Ud+恢复正常。

自建相位模式下，不再通过Uq+进行调频锁相，而是根据记录的跌落前的频率值、到达2π时的中断周期序号waveindex_old和当前中断周期序号waveindex自建相位θset，得到：

其中，waveindex为当前的中断周期序号，waveindex_old为相位信息到达2π时的中断周期序号，ω

同时，相位补偿调节器启动，将实时的Uq值送去相位补偿调节器，通过PI调节后输出补偿量Δθ；将自建相位θset和补偿相位Δθ相加，避免了相位偏差，可以获得准确的电网相位θ

图4给出了采用实施例方法得到的电压深度跌落时的频率偏移曲线，可以看出，整个穿越过程中频率稳定性较好，没有振荡波动；所以正序电压Ud和无功电流Iq都很稳定，没有发生振荡波动，穿越性能指标良好。

本实施例方法可以通过自建相位很好的在弱电网条件下实现频率稳定，而不至于因为故障穿越的暂态过程导致频率出现大幅度偏移；并通过实时的相位补偿进行精确的补偿，保证故障穿越过程中的相位跟踪精度。

实施例二

在一个或多个实施方式中，公开了一种提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相系统，具体包括：

数据获取模块，用于获取并网口的三相交流电压；

坐标变换模块，用于对所述三相交流电压进行坐标变换，将静止坐标系abc下的三相交流电压转换为旋转坐标系下d轴直流电压向量Ud+和q轴直流电压向量Uq+；

锁相控制模块，用于将q轴直流电压向量Uq+送入锁相环节，获得实时电网相位信息，记录所述相位信息到达2π时的中断周期序号；

自建电网相位模块，用于当检测到电网发生深度跌落时，切入到自建相位模式，基于跌落前的频率值、所述相位信息到达2π时的中断周期序号以及当前的中断周期序号，得到自建的电网相位。

相位补偿模块，用于当检测到电网发生深度跌落时，将实时的q轴直流电压向量Uq+输入至相位补偿调节器，输出补偿量Δθ，将自建的电网相位与补偿量Δθ相加，得到最终的电网相位信息。

需要说明的是，上述各模块的具体实现方式已经在实施例一中进行了说明，此处不再详述。

实施例三

在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法。为了简洁，在此不再赘述。

应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。

在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

实施例四

在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行实施例一中所述的提高并网系统在弱电网条件下稳定性的锁相方法。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。