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CN114552665A - 一种锁相装置、方法及锁相控制系统 - Google Patents

一种锁相装置、方法及锁相控制系统 Download PDF

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CN114552665A
CN114552665A CN202210171336.9A CN202210171336A CN114552665A CN 114552665 A CN114552665 A CN 114552665A CN 202210171336 A CN202210171336 A CN 202210171336A CN 114552665 A CN114552665 A CN 114552665A
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Beijing Epsolar Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种锁相装置、方法及锁相控制系统。锁相装置包括滞环模块,滞环模块用于确定电网信号的第一过零点和第二过零点,并根据第一过零点和第二过零点输出电网信号对应的方波信号;捕获模块,捕获模块用于根据方波信号确定电网信号对应的第一频率和第一相位;锁相模块,锁相模块用于根据电网信号输出电网信号对应的第二频率和第二相位;容错模块,容错模块用于在第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定第一频率为电网信号的电网频率,第一相位为电网信号的电网相位,在差值超过预设差值范围时,确定第二频率为电网频率,第二相位为电网相位。本发明的技术方案达到了减小锁相误差,提高锁相的准确度的效果。

Description

一种锁相装置、方法及锁相控制系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,尤其涉及一种锁相装置、方法及锁相控制系统。
背景技术
近年来,随着能源危机和环境的日益加剧,太阳能作为清洁可再生能源得到迅猛发展。
光伏发电系统常用于解决偏远地区的供电需求,而偏远地区、海岛等电网末端的电网通常相对较小负载设计,表现为弱电网特性。弱电网电压畸变容易使光伏逆变器锁相环输出偏差甚至失效,因此弱电网下的电网同步方法至关重要。
目前电网同步一般采用硬件过零检测锁相方法,硬件过零检测锁相方法对外部的信号干扰敏感,滞环比较容易出现抖动,往往采用较强的滤波环节对信号进行滤波,造成延时,容易造成锁相的值偏离实际的值,使得锁相误差较大。
发明内容
本发明提供了一种锁相装置、方法及锁相控制系统,以实现减小锁相误差,提高锁相的准确度。
根据本发明的一方面,提供了一种锁相装置,该锁相装置包括:
滞环模块,所述滞环模块的第一端用于输入电网信号,所述滞环模块的第二端用于输入第一阈值电压,所述滞环模块的第三端用于输入电网信号,所述滞环模块的第四端用于输入第二阈值电压,所述滞环模块用于根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号;
捕获模块,所述捕获模块的第一端与所述滞环模块的第五端连接,所述捕获模块用于根据所述方波信号确定所述电网信号对应的第一频率和第一相位;
锁相模块,所述锁相模块的第一端用于输入所述电网信号,所述锁相模块用于根据所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位;
容错模块,所述容错模块的第一端与所述捕获模块的第二端连接,所述容错模块的第二端与所述锁相模块的第二端连接,所述容错模块用于在所述第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定所述第一频率为所述电网信号的电网频率,所述第一相位为所述电网信号的电网相位,在所述差值超过所述预设差值范围时,确定所述第二频率为所述电网频率,所述第二相位为所述电网相位。
可选地,所述滞环模块包括第一比较器和第二比较器;
所述第一比较器的第一端为所述滞环模块的第一端,所述第一比较器的第二端为所述滞环模块的第二端,所述第一比较器用于根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,并根据所述第一过零点输出所述方波信号对应的第一电平信号;
所述第二比较器的第一端为所述滞环模块的第三端,所述第二比较器的第二端为所述滞环模块的第四端,所述第二比较器用于根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第二过零点输出所述方波信号对应的第二电平信号。
可选地,所述锁相模块的第三端与所述捕获模块的第二端连接,所述锁相模块用于根据所述第一频率和所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位。
可选地,所述锁相模块包括正交信号构造单元、坐标变换单元、频率识别单元和相位识别单元;
所述正交信号构造单元的第一端用于输入电网信号,所述正交信号构造单元的第二端与所述捕获模块的第二端连接,所述正交信号构造单元用于根据所述电网信号和所述第一频率输出正交信号;
所述坐标变换单元的第一端与所述正交信号构造单元的第三端连接,所述坐标变换单元用于将所述正交信号转换为旋转坐标信号;
所述频率识别单元的第一端与所述坐标变换单元的第二端连接,所述频率识别单元用于根据所述旋转坐标信号输出所述第二频率;
所述相位识别单元的第一端与所述频率识别单元的第二端连接,所述相位识别单元的第二端为所述锁相模块的第二端,所述相位识别单元的第二端还与所述坐标变换单元的第三端连接,所述相位识别单元用于根据所述第二频率确定所述第二相位。
可选地,所述频率识别单元包括PID调节器;
所述相位识别单元包括积分器。
可选地,锁相装置还包括信号采集模块;
所述信号采集模块的第一端用于输入所述电网信号,所述信号采集模块的第二端与所述滞环模块的第一端和第三端连接,所述信号采集模块用于采集所述电网信号。
可选地,锁相装置还包括信号调理模块;
所述信号采集模块的第二端用过所述信号调理模块与所述滞环模块的第一端和第三端连接。
根据本发明的另一方面,提供了一种锁相控制系统,该锁相控制系统包括第一方面任意所述的锁相装置,还包括逆变器;
所述锁相装置包括:滞环模块、捕获模块、锁相模块和容错模块;
所述滞环模块的第一端用于输入电网信号,所述滞环模块的第二端用于输入第一阈值电压,所述滞环模块的第三端用于输入电网信号,所述滞环模块的第四端用于输入第二阈值电压,所述滞环模块用于根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号;
所述捕获模块的第一端与所述滞环模块的第五端连接,所述捕获模块用于根据所述方波信号确定所述电网信号对应的第一频率和第一相位;
所述锁相模块的第一端用于输入所述电网信号,所述锁相模块用于根据所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位;
所述容错模块的第一端与所述捕获模块的第二端连接,所述容错模块的第二端与所述锁相模块的第二端连接,所述容错模块用于在所述第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定所述第一频率为所述电网信号的电网频率,所述第一相位为所述电网信号的电网相位,在所述差值超过所述预设差值范围时,确定所述第二频率为所述电网频率,所述第二相位为所述电网相位;
所述逆变器的控制端与所述容错模块的第三端连接,所述逆变器用于根据所述电网频率和所述电网相位输出下一电网信号。
根据本发明的另一方面,提供了一种锁相方法,该锁相方法包括:
滞环模块根据电网信号和第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号;
捕获模块根据所述方波信号确定所述电网信号对应的第一频率和第一相位;
锁相模块根据所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位;
容错模块在所述第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定所述第一频率为所述电网信号的电网频率,所述第一相位为所述电网信号的电网相位,在所述差值超过所述预设差值范围时,确定所述第二频率为所述电网频率,所述第二相位为所述电网相位。
可选地,所述滞环模块根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号包括:
开启第一比较器,关闭第二比较器,所述第一比较器根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,并根据所述第一过零点输出所述方波信号对应的第一电平信号;
开启所述第二比较器,关闭所述第一比较器,所述第二比较器根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第二过零点输出所述方波信号对应的第二电平信号。
本发明实施例的技术方案,通过滞环模块将电网信号与第一阈值电压进行比较,可以确定第一过零点,滞环模块将电网信号与第二阈值电压进行比较,可以确定第二过零点,从而使得滞环模块可以根据第一过零点和第二过零点输出电网信号对应的方波信号。捕获模块可以捕获方波信号的上升沿,从而可以根据上升沿确定电网信号对应的第一频率和第一相位,锁相模块可以根据电网信号输出电网信号对应的第二频率和第二相位。容错模块可以将第一频率和预设频率做差,得到差值,并将差值与预设差值范围进行对比,如果差值在预设差值范围内,可以选用捕获模块输出的第一频率作为电网信号的电网频率,并选用捕获模块输出的第一相位作为电网信号的电网相位;当差值超过预设差值范围时,表明差值较大,此时,可以选用锁相模块输出的第二频率作为电网信号的电网频率,并选用锁相模块输出的第二相位作为电网信号的电网相位,因此,可以得到误差较小的电网频率和电网相位,从而便于实现对电网信号的跟踪,根据电网频率和电网相位可以对逆变器进行控制,实现电网信号的同步。通过将捕获模块与锁相模块相结合的方式,可以得到更准确的电网频率和电网信号,可以减小锁相误差,提高锁相的准确度。本发明实施例的技术方案解决了锁相的值偏离实际的值,使得锁相误差较大的问题,达到了减小锁相误差,提高锁相的准确度的效果。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种锁相装置的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的另一种锁相装置的结构示意图;
图3是本发明实施例提供的一种锁相控制系统的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种锁相方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明实施例提供的一种锁相装置的结构示意图,参考图1,锁相装置包括:
滞环模块101,滞环模块101的第一端用于输入电网信号V0,滞环模块101的第二端用于输入第一阈值电压V1,滞环模块101的第三端用于输入电网信号V0,滞环模块101的第四端用于输入第二阈值电压V2,滞环模块101用于根据电网信号V0和第一阈值电压V1确定电网信号V0的第一过零点,根据电网信号和第二阈值电压V2确定电网信号V0的第二过零点,并根据第一过零点和第二过零点输出电网信号V0对应的方波信号;
捕获模块102,捕获模块102的第一端与滞环模块101的第五端连接,捕获模块102用于根据方波信号确定电网信号V0对应的第一频率和第一相位;
锁相模块103,锁相模块103的第一端用于输入电网信号V0,锁相模块103用于根据电网信号输出电网信号V0对应的第二频率和第二相位;
容错模块104,容错模块104的第一端与捕获模块102的第二端连接,容错模块104的第二端与锁相模块103的第二端连接,容错模块104用于在第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定第一频率为电网信号V0的电网频率,第一相位为电网信号V0的电网相位,在差值超过预设差值范围时,确定第二频率为电网频率,第二相位为电网相位。
具体地,滞环模块101可以将电网信号V0与第一阈值电压V1进行比较,电网信号例如为正弦信号,第一阈值电压V1例如为电网信号V0的波峰值的四分之一,当滞环模块101确定电网信号V0大于第一阈值电压V1时,输出第一过零点,第一过零点例如为正过零点;滞环模块101可以将电网信号V0与第二阈值电压V2进行比较,第二阈值电压V2例如为电网信号V0的波谷值的四分之一,当滞环模块101确定电网信号V0小于第二阈值电压V2时,输出第二过零点,第二过零点例如为负过零点,从而使得滞环模块101可以根据第一过零点和第二过零点输出电网信号V0对应的方波信号。捕获模块102可以捕获方波信号的上升沿,从而可以根据上升沿确定电网信号V0对应的第一频率和第一相位。锁相模块103例如为基于二阶广义积分器的锁相环,锁相模块103可以根据电网信号V0输出电网信号V0对应的第二频率和第二相位。容错模块104可以将第一频率和预设频率做差,得到差值,并将差值与预设差值范围进行对比,如果差值在预设差值范围内,则表明差值较小,可以选用捕获模块102输出的第一频率作为电网信号V0的电网频率,并选用捕获模块102输出的第一相位作为电网信号V0的电网相位;当差值超过预设差值范围时,表明差值较大,此时,可以选用锁相模块103输出的第二频率作为电网信号V0的电网频率,并选用锁相模块103输出的第二相位作为电网信号V0的电网相位,因此,可以得到误差较小的电网频率和电网相位,从而便于实现对电网信号V0的跟踪,根据电网频率和电网相位可以对逆变器进行控制,实现电网信号的同步。
其中,预设频率例如为电网信号的标准频率,预设频率和预设差值范围可以根据具体情况进行确定,此处并不进行限定。
通过将捕获模块102与锁相模块103相结合的方式,可以得到更准确的电网频率和电网信号,可以减小锁相误差,提高锁相的准确度。
此外,滞环模块101和捕获模块102例如是由处理器的软核实现的,锁相模块103和容错模块104例如是由处理器的软件实现的,通过处理器的硬件和软件相结合的方式,可以避免硬件电路对参数敏感,导致锁相误差较大的问题,可以进一步提高锁相的准确度。
本实施例的技术方案,通过滞环模块将电网信号与第一阈值电压进行比较,可以确定第一过零点,滞环模块将电网信号与第二阈值电压进行比较,可以确定第二过零点,从而使得滞环模块可以根据第一过零点和第二过零点输出电网信号对应的方波信号。捕获模块可以捕获方波信号的上升沿,从而可以根据上升沿确定电网信号对应的第一频率和第一相位,锁相模块可以根据电网信号输出电网信号对应的第二频率和第二相位。容错模块可以将第一频率和预设频率做差,得到差值,并将差值与预设差值范围进行对比,如果差值在预设差值范围内,可以选用捕获模块输出的第一频率作为电网信号的电网频率,并选用捕获模块输出的第一相位作为电网信号的电网相位;当差值超过预设差值范围时,表明差值较大,此时,可以选用锁相模块输出的第二频率作为电网信号的电网频率,并选用锁相模块输出的第二相位作为电网信号的电网相位,因此,可以得到误差较小的电网频率和电网相位,从而便于实现对电网信号的跟踪,根据电网频率和电网相位可以对逆变器进行控制,实现电网信号的同步。通过将捕获模块与锁相模块相结合的方式,可以得到更准确的电网频率和电网信号,可以减小锁相误差,提高锁相的准确度。本实施例的技术方案解决了锁相的值偏离实际的值,使得锁相误差较大的问题,达到了减小锁相误差,提高锁相的准确度的效果。
图2是本发明实施例提供的另一种锁相装置的结构示意图,可选地,参考图2,滞环模块101包括第一比较器1011和第二比较器1012;第一比较器1011的第一端为滞环模块101的第一端,第一比较器1011的第二端为滞环模块101的第二端,第一比较器1011用于根据电网信号V0和第一阈值电压V1确定电网信号V0的第一过零点,并根据第一过零点输出方波信号对应的第一电平信号;第二比较器1012的第一端为滞环模块的第三端,第二比较器1012的第二端为滞环模块101的第四端,第二比较器1012用于根据电网信号V0和第二阈值电压V2确定电网信号V0的第二过零点,并根据第二过零点输出方波信号对应的第二电平信号。
具体地,第一比较器1011可以将电网信号V0与第一阈值电压V1进行比较,第一阈值电压V1例如为电网信号V0的波峰值的四分之一,当第一比较器1011确定电网信号V0大于第一阈值电压V1时,确定第一过零点,第一过零点例如为正过零点,第一比较器1011就可以输出第一电平信号,第一电平信号例如为高电平信号;第二比较器1012可以将电网信号与第二阈值电压V2进行比较,第二阈值电压V2例如为电网信号V0的波谷值的四分之一,当第二比较器1012确定电网信号V0小于第二阈值电压V2时,确定第二过零点,第二过零点例如为负过零点,第二比较器1012就可以输出第二电平信号,第二电平信号例如为低电平信号,从而使得滞环模块101可以输出完整的方波信号。
并且,第一比较器1011和第二比较器1012不会同时工作,第一比较器1011输出第一电平信号后,再触发第二比较器1012,第二比较器1012输出第二电平信号后,再触发第一比较器1011,可以避免在第二比较器1012输出第二电平信号的过程中,第一比较器1011输出第一电平信号,或者可以避免第一比较器1011输出第一电平信号的过程中,第二比较器1012输出第二电平信号,可以避免第一比较器1011或第二比较器1012误动作,从而可以输出干净的方波信号。
可选地,继续参考图2,锁相模块103的第三端与捕获模块102的第二端连接,锁相模块103用于根据第一频率和电网信号V0输出电网信号V0对应的第二频率和第二相位。
具体地,锁相模块103在确定电网信号V0的第二频率和第二相位时,需要输入电网频率作为反馈频率,以实现自适应频率的变化,将捕获模块102输出的第一频率作为反馈频率,可以得到更准确的第二频率和第二相位,如果采用第二频率作为反馈频率,在第二频率误差较大时,容易造成更大的误差,不利于系统的稳定,因此,将捕获模块102输出的第一频率作为反馈频率,可以进一步提高锁相的准确度,更好的实现电网信号的同步。
可选地,继续参考图2,锁相模块103包括正交信号构造单元1031、坐标变换单元1032、频率识别单元1033和相位识别单元1034;正交信号构造单元1031的第一端用于输入电网信号V0,正交信号构造单元1031的第二端与捕获模块102的第二端连接,正交信号构造单元1031用于根据电网信号和第一频率输出正交信号;坐标变换单元1032的第一端与正交信号构造单元1031的第三端连接,坐标变换单元1032用于将正交信号转换为旋转坐标信号;频率识别单元1033的第一端与坐标变换单元1032的第二端连接,频率识别单元1033用于根据旋转坐标信号输出第二频率;相位识别单元1034的第一端与频率识别单元1033的第二端连接,相位识别单元1034的第二端为锁相模块103的第二端,相位识别单元1034的第二端还与坐标变换单元1032的第三端连接,相位识别单元1034用于根据第二频率确定第二相位。
具体地,正交信号构造单元1031可以根据第一频率将电网信号V0转换至两相静止坐标系中,即可得到正交信号,坐标变换单元1032可以将正交信号转换到两相旋转坐标系中,即可得到旋转坐标信号,频率识别单元1033通过旋转坐标信号即可得到电网信号V0对应的第二频率,相位识别单元1034可以对第二频率进行积分,从而得到电网信号V0对应的第二相位。并且,相位识别单元1034输出第二相位至坐标变换单元1032,使得坐标变换单元1032可以得到反馈相位,可以自适应相位的变化,从而输出更准确的旋转坐标信号,使得输出的第二频率和第二相位更准确。
可选地,继续参考图2,频率识别单元1033包括PID调节器;相位识别单元1034包括积分器。
具体地,频率识别单元1033例如包括PID调节器,PID调节器可以根据旋转坐标信号得到对应的频率信息,从而输出电网信号对应的第二频率,相位识别单元1034例如包括积分器,积分器可以对第二频率进行积分,从而输出电网信号V0对应的第二相位。
可选地,继续参考图2,锁相装置还包括信号采集模块105;信号采集模块105的第一端用于输入电网信号V0,信号采集模块105的第二端与滞环模块101的第一端和第三端连接,信号采集模块105用于采集电网信号V0。
具体地,信号采集模块105例如包括A/D采样电路,信号采集模块105可以采集电网信号V0,并将电网信号V0发送至滞环模块101,便于得到电网信号对应的电网频率和电网相位。
可选地,继续参考图2,锁相装置还包括信号调理模块106;信号采集模块105的第二端用过信号调理模块106与滞环模块101的第一端和第三端连接。
具体地,信号调理模块106可以对信号采集模块105输出的电网信号的幅值进行调节,从而还原真实的电网信号V0,并将调节后的电网信号发送至滞环模块101,使得滞环模块101获取到真实的电网信号V0,便于得到准确的电网频率和电网相位,达到进一步提高锁相的准确度的效果。
可选地,信号采集模块105的第二端还用过信号调理模块106与锁相模块103的第一端连接,使得锁相模块103获取到电网信号V0。
图3是本发明实施例提供的一种锁相控制系统的结构示意图,参考图3,锁相控制系统包括上述任意实施方案提供的锁相装置100,还包括逆变器200;锁相装置包括:滞环模块101、捕获模块102、锁相模块103和容错模块104;滞环模块101的第一端用于输入电网信号V0,滞环模块101的第二端用于输入第一阈值电压V1,滞环模块101的第三端用于输入电网信号V0,滞环模块101的第四端用于输入第二阈值电压,滞环模块101用于根据电网信号和第一阈值电压V1确定电网信号V0的第一过零点,根据电网信号V0和第二阈值电压V2确定电网信号V0的第二过零点,并根据第一过零点和第二过零点输出电网信号V0对应的方波信号;捕获模块102的第一端与滞环模块101的第五端连接,捕获模块102用于根据方波信号确定电网信号V0对应的第一频率和第一相位;锁相模块103的第一端用于输入电网信号V0,锁相模块103用于根据电网信号V0输出电网信号V0对应的第二频率和第二相位;容错模块104的第一端与捕获模块102的第二端连接,容错模块104的第二端与锁相模块103的第二端连接,容错模块104用于在第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定第一频率为电网信号V0的电网频率,第一相位为电网信号V0的电网相位,在差值超过预设差值范围时,确定第二频率为电网频率,第二相位为电网相位;逆变器200的控制端与容错模块104的第三端连接,逆变器200用于根据电网频率和电网相位输出下一电网信号。
本实施例提供的锁相系统包括上述任意实施方案的锁相装置,本实施例提供的锁相系统的实现原理和技术效果与上述实施方案相同,此处不再赘述。
图4是本发明实施例提供的一种锁相方法的流程图,参考图4,锁相方法包括:
S410、滞环模块根据电网信号和第一阈值电压确定电网信号的第一过零点,根据电网信号和第二阈值电压确定电网信号的第二过零点,并根据第一过零点和第二过零点输出电网信号对应的方波信号。
具体地,参考图1,滞环模块101可以将电网信号V0与第一阈值电压V1进行比较,电网信号V0例如为正弦信号,第一阈值电压V1例如为电网信号V0的波峰值的四分之一,当滞环模块101确定电网信号V0大于第一阈值电压V1时,输出第一过零点,第一过零点例如为正过零点;滞环模块101可以将电网信号V0与第二阈值电压V2进行比较,第二阈值电压V2例如为电网信号V0的波谷值的四分之一,当滞环模块101确定电网信号V0小于第二阈值电压V2时,输出第二过零点,第二过零点例如为负过零点,从而使得滞环模块101可以根据第一过零点和第二过零点输出电网信号V0对应的方波信号。
S420、捕获模块根据方波信号确定电网信号对应的第一频率和第一相位。
具体地,参考图1,捕获模块102可以捕获方波信号的上升沿,从而可以根据上升沿确定电网信号对应的第一频率和第一相位。
S430、锁相模块根据电网信号输出电网信号对应的第二频率和第二相位。
具体地,参考图1,锁相模块103例如为基于二阶广义积分器的锁相环,锁相模块103可以根据电网信号V0输出电网信号V0对应的第二频率和第二相位。
S440、容错模块在第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定第一频率为电网信号的电网频率,第一相位为电网信号的电网相位,在差值超过预设差值范围时,确定第二频率为电网频率,第二相位为电网相位。
具体地,参考图1,容错模块104可以将第一频率和预设频率做差,得到差值,并将差值与预设差值范围进行对比,如果差值在预设差值范围内,则表明差值较小,可以选用捕获模块102输出的第一频率作为电网信号V0的电网频率,并选用捕获模块102输出的第一相位作为电网信号V0的电网相位;当差值超过预设差值范围时,表明差值较大,此时,可以选用锁相模块103输出的第二频率作为电网信号V0的电网频率,并选用锁相模块103输出的第二相位作为电网信号V0的电网相位,因此,可以得到误差较小的电网频率和电网相位,从而便于实现对电网信号的跟踪,根据电网频率和电网相位可以对逆变器进行控制,实现电网信号的同步。通过将捕获模块102与锁相模块103相结合的方式,可以得到更准确的电网频率和电网信号,可以减小锁相误差,提高锁相的准确度。
在上述技术方案的基础上,S410、滞环模块根据电网信号和第一阈值电压确定电网信号的第一过零点,根据电网信号和第二阈值电压确定电网信号的第二过零点,并根据第一过零点和第二过零点输出电网信号对应的方波信号包括:
步骤a、开启第一比较器,关闭第二比较器,第一比较器根据电网信号和第一阈值电压确定电网信号的第一过零点,并根据第一过零点输出方波信号对应的第一电平信号。
具体地,参考图2,第一比较器1011可以将电网信号V0与第一阈值电压V1进行比较,第一阈值电压V1例如为电网信号V0的波峰值的四分之一,当第一比较器1011确定电网信号V0大于第一阈值电压V1时,确定第一过零点,第一过零点例如为正过零点,第一比较器1011就可以输出第一电平信号,第一电平信号例如为高电平信号。并且第一比较器1011开启时,关闭第二比较器1012,可以避免第一比较器1011输出第一电平信号的过程中,第二比较器1012输出第二电平信号,可以避免第二比较器1012误动作,从而便于输出干净的方波信号。
步骤b、开启第二比较器,关闭第一比较器,第二比较器根据电网信号和第二阈值电压确定电网信号的第二过零点,并根据第二过零点输出方波信号对应的第二电平信号。
具体地,参考图2,第二比较器1012可以将电网信号V0与第二阈值电压V2进行比较,第二阈值电压V2例如为电网信号V0的波谷值的四分之一,当第二比较器1012确定电网信号V0小于第二阈值电压V2时,确定第二过零点,第二过零点例如为负过零点,第二比较器1012就可以输出第二电平信号,第二电平信号例如为低电平信号,从而使得滞环模块101可以输出完整的方波信号。第一比较器1011输出第一电平信号后,再触发第二比较器1012,且第二比较器1012开启时,第一比较器1011关闭,可以避免在第二比较器1012输出第二电平信号的过程中,第一比较器1011输出第一电平信号,可以避免第一比较器1011误动作,从而便于输出干净的方波信号。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锁相装置,其特征在于,包括:
滞环模块,所述滞环模块的第一端用于输入电网信号,所述滞环模块的第二端用于输入第一阈值电压,所述滞环模块的第三端用于输入电网信号,所述滞环模块的第四端用于输入第二阈值电压,所述滞环模块用于根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号;
捕获模块,所述捕获模块的第一端与所述滞环模块的第五端连接,所述捕获模块用于根据所述方波信号确定所述电网信号对应的第一频率和第一相位;
锁相模块,所述锁相模块的第一端用于输入所述电网信号,所述锁相模块用于根据所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位;
容错模块,所述容错模块的第一端与所述捕获模块的第二端连接,所述容错模块的第二端与所述锁相模块的第二端连接,所述容错模块用于在所述第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定所述第一频率为所述电网信号的电网频率,所述第一相位为所述电网信号的电网相位,在所述差值超过所述预设差值范围时,确定所述第二频率为所述电网频率,所述第二相位为所述电网相位。
2.根据权利要求1所述的锁相装置,其特征在于,所述滞环模块包括第一比较器和第二比较器;
所述第一比较器的第一端为所述滞环模块的第一端,所述第一比较器的第二端为所述滞环模块的第二端,所述第一比较器用于根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,并根据所述第一过零点输出所述方波信号对应的第一电平信号;
所述第二比较器的第一端为所述滞环模块的第三端,所述第二比较器的第二端为所述滞环模块的第四端,所述第二比较器用于根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第二过零点输出所述方波信号对应的第二电平信号。
3.根据权利要求1所述的锁相装置,其特征在于,所述锁相模块的第三端与所述捕获模块的第二端连接,所述锁相模块用于根据所述第一频率和所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位。
4.根据权利要求3所述的锁相装置,其特征在于,所述锁相模块包括正交信号构造单元、坐标变换单元、频率识别单元和相位识别单元;
所述正交信号构造单元的第一端用于输入电网信号,所述正交信号构造单元的第二端与所述捕获模块的第二端连接,所述正交信号构造单元用于根据所述电网信号和所述第一频率输出正交信号;
所述坐标变换单元的第一端与所述正交信号构造单元的第三端连接,所述坐标变换单元用于将所述正交信号转换为旋转坐标信号;
所述频率识别单元的第一端与所述坐标变换单元的第二端连接,所述频率识别单元用于根据所述旋转坐标信号输出所述第二频率;
所述相位识别单元的第一端与所述频率识别单元的第二端连接,所述相位识别单元的第二端为所述锁相模块的第二端,所述相位识别单元的第二端还与所述坐标变换单元的第三端连接,所述相位识别单元用于根据所述第二频率确定所述第二相位。
5.根据权利要求4所述的锁相装置,其特征在于,所述频率识别单元包括PID调节器;
所述相位识别单元包括积分器。
6.根据权利要求1所述的锁相装置,其特征在于,还包括信号采集模块;
所述信号采集模块的第一端用于输入所述电网信号,所述信号采集模块的第二端与所述滞环模块的第一端和第三端连接,所述信号采集模块用于采集所述电网信号。
7.根据权利要求6所述的锁相装置,其特征在于,还包括信号调理模块;
所述信号采集模块的第二端用过所述信号调理模块与所述滞环模块的第一端和第三端连接。
8.一种锁相控制系统,其特征在于,包括权利要求1-7任一项所述的锁相装置,还包括逆变器;
所述锁相装置包括:滞环模块、捕获模块、锁相模块和容错模块;
所述滞环模块的第一端用于输入电网信号,所述滞环模块的第二端用于输入第一阈值电压,所述滞环模块的第三端用于输入电网信号,所述滞环模块的第四端用于输入第二阈值电压,所述滞环模块用于根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号;
所述捕获模块的第一端与所述滞环模块的第五端连接,所述捕获模块用于根据所述方波信号确定所述电网信号对应的第一频率和第一相位;
所述锁相模块的第一端用于输入所述电网信号,所述锁相模块用于根据所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位;
所述容错模块的第一端与所述捕获模块的第二端连接,所述容错模块的第二端与所述锁相模块的第二端连接,所述容错模块用于在所述第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定所述第一频率为所述电网信号的电网频率,所述第一相位为所述电网信号的电网相位,在所述差值超过所述预设差值范围时,确定所述第二频率为所述电网频率,所述第二相位为所述电网相位;
所述逆变器的控制端与所述容错模块的第三端连接,所述逆变器用于根据所述电网频率和所述电网相位输出下一电网信号。
9.一种锁相方法,其特征在于,包括:
滞环模块根据电网信号和第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号;
捕获模块根据所述方波信号确定所述电网信号对应的第一频率和第一相位;
锁相模块根据所述电网信号输出所述电网信号对应的第二频率和第二相位;
容错模块在所述第一频率和预设频率的差值在预设差值范围内时,确定所述第一频率为所述电网信号的电网频率,所述第一相位为所述电网信号的电网相位,在所述差值超过所述预设差值范围时,确定所述第二频率为所述电网频率,所述第二相位为所述电网相位。
10.根据权利要求9所述的锁相方法,其特征在于,所述滞环模块根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第一过零点和所述第二过零点输出所述电网信号对应的方波信号包括:
开启第一比较器,关闭第二比较器,所述第一比较器根据所述电网信号和所述第一阈值电压确定所述电网信号的第一过零点,并根据所述第一过零点输出所述方波信号对应的第一电平信号;
开启所述第二比较器,关闭所述第一比较器,所述第二比较器根据所述电网信号和所述第二阈值电压确定所述电网信号的第二过零点,并根据所述第二过零点输出所述方波信号对应的第二电平信号。
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