一种锁相控制方法和相关设备与流程

本技术涉及并网控制，尤其涉及一种锁相控制方法和相关设备。

背景技术：

1、在便携式户外电源、储能系统或双向逆变器的并网控制系统中，锁相环（phase-locked loop，pll）是确保逆变器输出电压与外部交流输入电压保持同频同相的核心控制算法。

2、目前使用的现有技术是基于二阶广义积分器的锁相环（sogi-pll），但是，这种技术方案，一方面在面对复杂、恶劣的使用工况下，如果带载电动机等大功率感性负载，且并网瞬态接入和相位差距较大，会因为pi控制器在全周波内连续执行积分运算，将非零点区域的巨额误差持续性地累加到积分项中，导致控制环路严重失真。并且在单工频周波内，锁相角度极易发生剧烈突变甚至彻底“跳反”，从而引发电动机等负载工作出现反转等异常现象。

3、另一方面，pi控制器在全周波内连续执行积分运算，在面对由干扰或输入端掉电引起的大误差工况（如采样受到偶发干扰突变或正常掉电切换离网输出）时，pi全波全量调节会强制输出一个巨大的角度修正量。这种剧烈的突变会导致锁相环在稳态时产生严重的震荡，出现相位漂移现象。

技术实现思路

1、本技术提供储能并网控制方法和相关设备，以解决现有技术中易出现单周波内相位跳反和稳态相位抖动与漂移的技术问题。

2、第一方面，提供一种锁相控制方法，适用于并网控制系统，并网控制系统至少包括逆变器、锁相环和pi控制器，包括：基于电网的交流输入电压信号，确定锁相环的相位角度误差；若并网控制系统当前处于过零点区域，利用相位角度误差和pi控制器进行单次步进限幅，确定当前周期的锁相角度；其中，过零点区域为并网控制系统中交流电压或电流波形穿越零电位的区间；若并网控制系统当前处于非过零点区域，基于历史角频率和历史锁相角度，确定当前周期的锁相角度；其中，历史角频率和历史锁相角度为上一周期的锁相环的角频率和锁相角度；根据当前周期的锁相角度调制逆变器的驱动信号，并基于驱动信号控制逆变器中的逆变桥mos管。

3、通过在并网控制器处于非过零点区域避免使用pi控制器，以使微控制器免去了高频、高复杂的pi控制器的控制运算，改由极轻量化的线性前馈递推公式代替，不仅大幅释放了微控制器的计算核心资源，使得嵌入式软件系统有更充裕的资源窗口去跑更密集、更高频的任务，还能够优化瞬态干扰突变造成锁相环的跟随以至于后续相位突变。并且，在并网控制系统处于过零点区域时，启用pi控制器和引入单次步进限幅机制，不仅能够确保即便并网相位偏差再严重，锁相环在一个周波内也绝不会过调，完全消除了相位跳反而引发负载异常工作，还能够在零点误差大时限制单步输出，通过多个周波的平滑迭代。由此可见，本技术既切断了突变超调引起的震荡，又保证了在多周期收敛逼近完成后，逆变器输出相位与外部电网相位能够实现高精度的无静差贴合，保证了储能并网安全，同时也显著消除因相位突变而带来的相差漂移现象。

4、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于电网的交流输入电压信号确定相位角度误差，包括：根据电网的交流输入电压信号，确定锁相环的实际角度；根据pi控制器当前输出的单次积分调整角度，确定锁相环的控制角度；计算锁相环的实际角度与锁相环的控制角度之差，得到锁相环的相位角度误差。

5、通过利用锁相环的实际角度与控制角度，能够更加准确的计算出锁相环的相位角度误差，为后续应用提供更加准确的使用参数。

6、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于电网的交流输入电压信号，确定锁相环的相位角度误差之后，还包括：基于逆变器的控制频率和调制频率，计算逆变器的调制频率的整周期点数；根据所述整周期点数、所述交流输入电压信号、预设过零点电压死区阈值、预设最大值计算公式和预设最小值计算公式，分别计算过零点周期点数最大值和过零点周期点数最小值；其中，所述预设最大值计算公式为：，所述预设最小值计算公式为：，为所述过零点周期点数最大值，为所述过零点周期点数最小值，为所述整周期点数，为所述交流输入电压信号内的电压信号幅值，为所述预设过零点电压死区阈值；根据所述过零点周期点数最小值和所述过零点周期点数最大值，生成过零点周期点数阈值区间；基于所述交流输入电压信号、所述预设过零点电压死区阈值和所述过零点周期点数阈值区间，判断并网控制系统当前是否处于过零点区域。

7、通过将逆变器的控制频率、逆变器的调制频率、过零点周期点数阈值区间与过零点电压死区阈值结合，构成一个多维度的判定逻辑来判断并网控制系统是否处于过零点区域，能够实现将过零检测从脆弱的单点事件触发，升级为高度可靠、抗扰能力极强的区域状态判定，能够有效应对电网严重畸变、频率波动及电磁干扰等复杂工况。

8、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于交流输入电压信号、预设过零点电压死区阈值和过零点周期点数阈值区间，判断并网控制系统当前是否处于过零点区域，包括：响应于交流输入电压信号内的电压信号幅值的绝对值小于预设过零点电压死区阈值，累计进入锁相环的次数并继续采集交流输入电压信号；当再次检测到交流输入电压信号内的电压信号幅值的绝对值小于预设过零点电压死区阈值时，停止累计进入锁相环的次数；若累计进入锁相环的次数位于过零点周期点数阈值区间，确定并网控制系统当前处于过零点区域；若累计进入锁相环的次数不位于过零点周期点数阈值区间，确定并网控制系统当前处于非过零点区域。

9、通过构建一个“幅值-时间”双重验证机制，将过零检测从依赖瞬间事件的触发，提升为基于区域状态的稳健判定，从而显著增强了系统在复杂环境下的抗干扰能力和可靠性。

10、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，单次积分调整角度为pi控制器的‌积分项在当前周期内新增的累加量，单次角度调整量为pi控制器中比例项正比于当前误差和积分项累积历史误差‌‌；利用相位角度误差和pi控制器进行单次步进限幅，确定当前周期的锁相角度，包括：若并网控制系统当前处于过零点区域，激活pi控制器；将相位角度误差输入激活的pi控制器，使激活的pi控制器利用相位角度误差进行比例及积分叠加运算，输出当前周期的单次角度调整量；根据第一锁相角度计算公式、钳位控制后且激活的pi控制器输出的单次角度调整量、历史角频率和历史锁相角度，计算当前周期的锁相角度；其中，所述第一锁相角度计算公式为：，为钳位控制后且激活的pi控制器输出的单次角度调整量，为所述并网控制系统的控制周期，为所述历史角频率，为所述历史锁相角度，为所述当前周期的锁相角度。

11、通过在并网控制系统处于过零点区域时激活pi控制器，并引入单次步进限幅机制进行多周期平滑逼近，不仅切断了并网锁相时单工频周波角度发生剧烈突变甚至彻底反向，还能减弱干扰和并网切离网检测等因素产生的稳态抖动和相位漂移现象。

12、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，根据相位角度误差、激活的pi控制器的单次积分调整角度和当前周期的单次角度调整量对激活的pi控制器进行钳位控制，包括：响应于相位角度误差超出相位角度误差限制范围，将相位角度误差钳位至相位角度误差限制范围内的最大值；响应于激活的pi控制器的单次积分调整角度超出单次积分调整角度限制范围，将激活的pi控制器的单次积分调整角度钳位至单次积分调整角度限制范围内的最大值；响应于当前周期的单次角度调整量超出单次角度调整量限制范围，将激活的pi控制器的单次角度调整量钳位至单次角度调整量限制范围内的最大值。

13、通过引入相位角度误差、激活的pi控制器的单次积分调整角度和单次角度调整量对激活的pi控制器进行钳位控制，从而消除单次大调整值引起的超调及随后的稳态相差漂移。

14、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于历史角频率和历史锁相角度，确定当前周期的锁相角度，包括：若并网控制系统当前处于非过零点区域，控制锁相环冻结pi控制器；在所述pi控制器处于冻结状态下，利用第二锁相角度计算公式、历史角频率和历史锁相角度，计算当前周期的锁相角度；其中，所述第二锁相角度计算公式为：。

15、通过在并网控制系统处于过零点区域时彻底冻结了pi控制器的功能，以在算法通道上彻底切断了单周波相位移动过大的可能。

16、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，根据当前周期的锁相角度调制逆变器的驱动信号，包括：利用三角函数对当前周期的锁相角度进行运算，得到三角函数值；通过逆变器根据三角函数值进行脉宽调制，以生成相应的驱动信号。

17、通过利用三角函数对当前周期的锁相角度进行运算，得到三角函数值；通过逆变器根据三角函数值进行脉宽调制，生成相应的驱动信号，以便利用生成的驱动信号控制逆变桥mos管的驱动信号，实现逆变电压与电网电压的平滑同步。

18、第二方面，提供一种锁相控制装置，包括：实时采样与误差计算模块、单次步进限幅控制模块非过零点区域的锁相角度推算模块和驱动信号调制与输出模块；实时采样与误差计算模块，用于基于电网的交流输入电压信号，确定锁相环的相位角度误差；单次步进限幅控制模块，用于若并网控制系统当前处于过零点区域，利用相位角度误差和pi控制器进行单次步进限幅，确定当前周期的锁相角度；其中，过零点区域为并网控制系统中交流电压或电流波形穿越零电位的区间；非过零点区域的锁相角度推算模块，用于若并网控制系统当前处于非过零点区域，基于历史角频率和历史锁相角度，确定当前周期的锁相角度；其中，历史角频率和历史锁相角度为上一周期的锁相环的角频率和锁相角度；驱动信号调制与输出模块，用于根据当前周期的锁相角度调制逆变器的驱动信号，并基于驱动信号控制逆变器中的逆变桥mos管。

19、第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器以及一个或多个处理器，存储器连接至一个或多个处理器，一个或多个处理器用于执行存储在存储器中的一个或多个计算机程序，一个或多个处理器在执行一个或多个计算机程序时，使得该计算机设备实现上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的锁相控制方法。

20、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，上述程序指令当被处理器执行时使上述处理器执行上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式的锁相控制方法。