一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法及系统与流程

本发明涉及电力电子控制，并且更具体地，涉及一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法及系统。

背景技术：

1、功率源是电能表检定、功率表校准、电能质量测试和电力计量量值传递中的关键设备，通常用于输出设定幅值、设定频率和设定相位关系的电压、电流信号，从而形成给定有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。对于标准功率源而言，输出功率的准确性不仅取决于电压、电流幅值是否准确，还取决于电压输出通道与电流输出通道之间的相位关系是否受控。

2、当电压、电流幅值一定时，输出相位差的偏移会直接影响有功功率、无功功率和功率因数。特别是在低功率因数、小相位角控制、宽频功率输出、谐波功率输出和动态功率切换场景下，较小的相位偏移也可能导致明显的输出功率偏差。

3、现有功率源通常通过数字波形合成、锁相控制、采样反馈和幅值闭环调节实现输出控制，但对输出端电压—电流相位关系的动态规整不足。实际输出过程中，功率放大器、滤波器、隔离器件、采样反馈链路和负载变化均可能引入相位偏移，且该偏移会随频率、量程、功率因数和负载状态变化。现有固定补偿或开环设定方式难以及时修正输出端实际相位差，导致有功功率、无功功率和功率因数偏离设定值，影响标准功率源在检定校准和复杂工况模拟中的输出准确性与稳定性。

4、因此，有必要提出一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明提出一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法及系统，以解决现有功率源输出相位控制无法同时消除输出实时相位偏移与通道固有延时相位误差，且缺少量化评价与自适应迭代调参机制，导致输出相位规整精度差、一致性不足的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法，其特征在于，所述方法包括：

3、接收功率源的设定输出参数，基于所述设定输出参数对应的功率参数求解目标相位角；基于所述目标相位角生成满足相位约束关系的参考波形；

4、基于所述参考波形建立功率源输出相位基准，通过所述相位基准限定所述参考波形的生成起点；

5、对功率源输出端进行采样获取实际输出波形，基于实际输出波形获取实际输出相位差，将所述实际输出相位差与所述目标相位角进行对比，获取功率源的输出相位偏移量；

6、将所述输出相位偏移量转换为所述参考波形的相位修正量，基于所述相位修正量对所述参考波形进行相位规整修正；

7、获取所述功率源输出通道的通道固有延时相位误差，基于所述通道固有延时相位误差和所述输出相位偏移量确定综合相位补偿量，基于综合相位补偿量对输出通道固有延时误差进行补偿；

8、对完成相位规整修正和通道固有延时误差补偿后的功率源的实际输出功率参数与所述设定输出参数进行对比，确定功率输出偏差；

9、基于所述输出相位偏移量、所述通道延时相位误差和所述功率输出偏差建立功率相位规整评价指标，根据所述功率相位规整评价指标判定功率源输出相位规整效果，并基于判定结果自适应迭代更新下一控制周期的相位控制参数。

10、优选地，所述接收功率源的设定输出参数，基于所述设定输出参数对应的功率参数求解目标相位角，包括：

11、所述接收功率源的设定输出参数为：

12、

13、其中，为设定输出电压有效值，为设定输出电流有效值，为设定频率，为设定有功功率，为设定无功功率，为设定视在功率，为设定功率因数；

14、根据设定功率因数确定目标相位角为：

15、

16、当以有功功率和视在功率作为设定量时，确定目标相位角为：

17、

18、当以有功功率和无功功率作为设定量时，确定目标相位角为：

19、。

20、优选地，所述基于所述目标相位角生成满足相位约束关系的参考波形，包括：

21、设参考波形信号中的电压参考波形为：

22、

23、设参考波形信号中的电流参考波形为：

24、

25、其中，为电压参考相位，为电流参考相位，满足：

26、。

27、优选地，所述基于所述参考波形建立功率源输出相位基准，通过所述相位基准限定所述参考波形的生成起点，包括：

28、将所述参考波形中的电压参考波形相位作为相位基准：

29、

30、通过所述相位基准生成电压数字波形序列和电流数字波形序列：

31、

32、其中：

33、

34、为数字波形生成周期，为数字波形序列的采样点序号，取值为0至n-1的整数。

35、优选地，所述对功率源输出端进行采样获取实际输出波形，基于实际输出波形获取实际输出相位差，将所述实际输出相位差与所述目标相位角进行对比，获取功率源的输出相位偏移量，包括：

36、功率源通过采样获取实际输出波形，获得实际输出序列：

37、

38、其中，为个采样时刻的实际输出电压离散样值，为第个采样时刻的实际输出电流离散样值，为时刻的实际输出电压瞬时值，为时刻的实际输出电流瞬时值；

39、对实际输出序列中的实际输出电压和输出电流进行基波相位估计，获取输出电压相位和输出电流相位，基波相量计算方式:

40、

41、其中，为基波相位估计窗口内的采样点总数，为虚数单位；

42、则：

43、

44、其中，为实际输出电压的基波相位估计值，为实际输出电流的基波相位估计值；

45、实际输出相位差为：

46、

47、输出相位偏移量为：

48、

49、其中，表示功率源实际输出相位差与目标相位角对比后获取的输出相位偏移量。

50、优选地，所述将所述输出相位偏移量转换为所述参考波形的相位修正量，基于所述相位修正量对所述参考波形进行相位规整修正，包括：

51、在保持电压参考相位不变的情况下，对电流参考相位进行反向补偿：

52、

53、其中，为修正后的电流参考相位，为相位修正系数；

54、将输出相位偏移量转换为等效时间补偿量：

55、

56、将等效时间补偿量转换为等效采样点补偿量：

57、

58、当为整数时，采用波形序列移位方式进行补偿；

59、当为非整数时，采用插值方式进行参考波形进行相位规整修正：

60、

61、其中：

62、

63、

64、其中，为等效采样点补偿量的整数部分，表示向下取整运算，为等效采样点补偿量的小数部分。

65、优选地，所述获取所述功率源输出通道的通道固有延时相位误差，基于所述通道固有延时相位误差和所述输出相位偏移量确定综合相位补偿量，基于综合相位补偿量对输出通道固有延时误差进行补偿，包括：

66、设电压输出链路延时为，电流输出链路延时为，则通道延时差为：

67、

68、由该延时差引起的通道固有延时相位误差：

69、

70、将通道固有延时相位误差并入输出相位偏移量，确定综合相位补偿量：

71、

72、基于综合相位补偿量对输出通道固有延时误差进行补偿：

73、

74、其中，为综合补偿系数。

75、优选地，所述对完成相位规整修正和通道固有延时误差补偿后的功率源的实际输出功率参数与所述设定输出参数进行对比，确定功率输出偏差，包括：

76、实际输出功率参数中的实际输出有功功率为：

77、

78、实际输出功率参数中的实际输出电压有效值为：

79、

80、实际输出功率参数中的实际输出电流有效值为：

81、

82、实际输出功率参数中的实际输出视在功率为：

83、

84、实际输出功率因数为：

85、

86、实际输出功率参数中的实际输出无功功率表示为：

87、

88、确定功率输出偏差分别为：

89、

90、其中，为实际输出有功功率相对于设定有功功率的偏差，为实际输出无功功率相对于设定无功功率的偏差，为实际输出功率因数相对于设定功率因数的偏差。

91、优选地，所述基于所述输出相位偏移量、所述通道延时相位误差和所述功率输出偏差建立功率相位规整评价指标，根据所述功率相位规整评价指标判定功率源输出相位规整效果，并基于判定结果自适应迭代更新下一控制周期的相位控制参数，包括：

92、根据输出相位偏移、所述通道延时相位误差和所述功率输出偏差建立功率相位规整评价指标：

93、

94、其中，至为权重系数；

95、当功率相位规整评价指标满足：

96、

97、其中，为功率相位规整评价指标的判定阈值；

98、则判定功率源输出相位规整有效，维持当前输出相位控制参数；或

99、当功率相位规整评价指标满足：

100、

101、则判定功率源输出相位规整不满足要求，更新下一控制周期的相位控制参数；

102、采用比例积分形式更新相位控制参数：

103、

104、其中，为比例修正系数，为积分修正系数，为控制周期序号，为相位偏移量累计求和时的历史控制周期序号，取值为1至

k。

105、基于本发明的另一方面，本发明提供一种面向功率源输出的功率相位规整控制系统，所述系统包括：

106、生成单元，用于接收功率源的设定输出参数，基于所述设定输出参数对应的功率参数求解目标相位角；基于所述目标相位角生成满足相位约束关系的参考波形；

107、构建单元，用于基于所述参考波形建立功率源输出相位基准，通过所述相位基准限定所述参考波形的生成起点；

108、提取单元，用于对功率源输出端进行采样获取实际输出波形，基于实际输出波形获取实际输出相位差，将所述实际输出相位差与所述目标相位角进行对比，获取功率源的输出相位偏移量；

109、修正单元，用于将所述输出相位偏移量转换为所述参考波形的相位修正量，基于所述相位修正量对所述参考波形进行相位规整修正；

110、补偿单元，用于获取所述功率源输出通道的通道固有延时相位误差，基于所述通道固有延时相位误差和所述输出相位偏移量确定综合相位补偿量，基于综合相位补偿量对输出通道固有延时误差进行补偿；

111、计算单元，用于对完成相位规整修正和通道固有延时误差补偿后的功率源的实际输出功率参数与所述设定输出参数进行对比，确定功率输出偏差；

112、迭代单元，用于基于所述输出相位偏移量、所述通道延时相位误差和所述功率输出偏差建立功率相位规整评价指标，根据所述功率相位规整评价指标判定功率源输出相位规整效果，并基于判定结果自适应迭代更新下一控制周期的相位控制参数。

113、本发明技术方案提供了一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法及系统，方法包括：接收功率源的设定输出参数，基于设定输出参数对应的功率参数求解目标相位角；基于目标相位角生成满足相位约束关系的参考波形；基于参考波形建立功率源输出相位基准，通过相位基准限定参考波形的生成起点；对功率源输出端进行采样获取实际输出波形，基于实际输出波形获取实际输出相位差，将实际输出相位差与目标相位角进行对比，获取功率源的输出相位偏移量；将输出相位偏移量转换为参考波形的相位修正量，基于相位修正量对参考波形进行相位规整修正；获取功率源输出通道的通道固有延时相位误差，基于通道固有延时相位误差和输出相位偏移量确定综合相位补偿量，基于综合相位补偿量对输出通道固有延时误差进行补偿；对完成相位规整修正和通道固有延时误差补偿后的功率源的实际输出功率参数与设定输出参数进行对比，确定功率输出偏差；基于输出相位偏移量、通道延时相位误差和功率输出偏差建立功率相位规整评价指标，根据功率相位规整评价指标判定功率源输出相位规整效果，并基于判定结果自适应迭代更新下一控制周期的相位控制参数。本发明技术方案提供的一种面向功率源输出的功率相位规整控制方法及系统，解决了在功率源输出过程中，根据输出端反馈信号实时估计电压、电流相位偏移，将相位偏移量反向作用于参考波形生成和输出控制环节，并结合通道延时补偿和功率误差评价，实现功率源输出功率的相位规整和闭环稳定控制。