获得电网单相电压相位的方法与流程

本发明涉及单相电压相位的计算方法，具体为获得电网单相电压相位的方法。

背景技术：

在电力机车中，pwm整流器的控制中，为实现其网侧有功、无功功率控制，需要动态获得电网电压相位信息。现有获得单相电压相位方法之一为基于低通滤波器的开环锁相环方案，采用锁相环对电网电压进行锁相。在实际应用场合，特别是在电力机车中，电网的电能质量和环境并不理想，存在相位突变、电压跌落、频率变化和谐波污染等问题，基于低通滤波器的开环锁相环方案的相位获取准确度不高、响应慢、对系统频率变化较为敏感，不适宜用于动态性能要求高的场合。方法之二为基于乘法鉴相器的闭环锁相环方案，该方法为了较好的控制，滤掉二倍频分量，通常加入低通滤波器，从而引入了相位延迟和幅值衰减，锁相环的性能和精度影响较大。

技术实现要素：

本发明解决现有获得电网单相电压相位的技术方案存在的问题和缺陷，提供一种获得电网单相电压相位的方法，该方法采用一种软件实现的闭环锁相环，在电网出现相位突变、频率变换范围宽的情况下，仍能稳定准确的获取网侧电压相位。

本发明是采用如下技术方案实现的：获得电网单相电压相位的方法，是由如下步骤实现的：

1)采集电网电压us，对采集到的电网电压进行坐标系变换计算，得到旋转坐标系下的直流分量vd、vq，其中变换角度采用任一数值的估算角度

2)根据估算角度计算二倍频分量将其用于消除vd、vq中的二倍频分量，得到消除了二倍频分量的直流分量

3)以与数值零作为输入构成pi闭环控制器，即将的指令值设为零，从而使d轴完全重合在电网电压us，形成对电网电压相位的跟踪；通过将的指令值设为零并经过pi闭环控制器，克服了步骤1)中的估算角度的取值误差，即使估算角度趋近电网电压us的相位，而形成对电网电压相位的跟踪；

4)将角速度ω引入到pi闭环控制器的输出构成前馈扰动，前馈扰动与pi控制器的输出比较(做差)后输入至积分环节，积分环节的输出即是电网电压us的相位角度，其中角速度ω＝2πf，f为所采集电网电压us的频率。

本发明所述的获得电网单相电压相位的方法采用一种软件实现的的闭环锁相环，尤其适用于电力机车中pwm整流器的控制，其提高了锁相环的动态响应性能，减少了网压突变时，系统过流现象；提高了系统稳态精度和功率因数，电流波形谐波特性改善；不增加额外的硬件设施，降低设备成本；相位跟踪范围宽，减小了相位变化对系统稳定性影响。本发明在1.2mw高功率因数整流器上得到实现，试验结果表明，锁相环的相位计算能够在网压突变，相位突变时，具有较好的动态响应性能和稳态精度。本发明也可适用于其它环境下的单相电压相位的获得。

具体实施方式

获得电网单相电压相位的方法，是由如下步骤实现的：

1)采集电网电压us，对采集得到的电网电压进行坐标系变换计算，得到旋转坐标系下的直流分量vd、vq，其中变换角度采用任一数值的估算角度

2)根据估算角度计算二倍频分量将其用于消除vd、vq中的二倍频分量，得到消除了二倍频分量的直流分量

3)以与数值零作为输入构成pi闭环控制器，即将的指令值设为零，从而使d轴完全重合在电网电压us，形成对电网电压相位的跟踪；通过将的指令值设为零并经过pi闭环控制器，克服了步骤1)中的估算角度的取值误差，即使估算角度趋近电网电压us的相位，而形成对电网电压相位的跟踪；

4)将角速度ω引入到pi闭环控制器的输出构成前馈扰动，前馈扰动与pi控制器的输出比较后输入至积分环节，积分环节的输出即是电网电压us的相位角度，其中角速度ω＝2πf，f为所采集电网电压us的频率。