本發(fā)明涉及一種三相相序控制方法，尤其涉及一種基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制方法，并涉及采用了該基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制方法的三相相序自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著電力電子行業(yè)的發(fā)展，SVG(靜態(tài)無功補(bǔ)償器)、APF(有源濾波器)和充電樁，儲(chǔ)能裝置等大量電力電子設(shè)備在三相電網(wǎng)中投入使用，三相電力電子設(shè)備的相序自動(dòng)適應(yīng)識(shí)別控制一直是業(yè)界的一個(gè)難點(diǎn)。目前很多三相系統(tǒng)的配線無標(biāo)示，或者標(biāo)示不清，難以分析清楚ABC三相的相序。對(duì)于一些非熱插拔和熱插拔的裝置，在安裝或者改線后，經(jīng)常會(huì)人為的相序接反。由于控制器一般都是基于電網(wǎng)正序控制，所以在設(shè)備報(bào)相序故障后，需要重新配線，大量浪費(fèi)了人力物力。

也就是說，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下缺陷：一、三相電力電子設(shè)備利用自身的檢測裝置，檢測相序反，檢測出接反后報(bào)警，這種需要人工重新配線，非常繁瑣，浪費(fèi)了人力物力。二、三相電力電子設(shè)備增加換向裝置，可以把其中任意2相交換，代替人工更改配線，這種雖然能取得代替人工改線的效果，但是增加的自動(dòng)換向裝置，無形之中增加了成本，另外串接類似切換裝置，還會(huì)降低系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是需要提供一種無需更改配線和無需增加成本的三相相序自適應(yīng)控制方法，并提供采用了該三相相序自適應(yīng)控制方法的三相相序自適應(yīng)控制系統(tǒng)。

對(duì)此，本發(fā)明提供一種基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：

步驟S1，判斷電網(wǎng)A相、B相和C相的三相交流電壓有效數(shù)值是否都在正常范圍內(nèi)，若是則跳轉(zhuǎn)至步驟S2，若否則發(fā)出電網(wǎng)電壓異常警報(bào)信號(hào)；

步驟S2，根據(jù)三相交流電壓等效合成矢量，并得到該合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度；

步驟S3，通過合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度判斷電網(wǎng)電壓相序是否為負(fù)序，若是，則交換電網(wǎng)電壓正序所得到的正負(fù)序分量的計(jì)算結(jié)果；

步驟S4，電網(wǎng)電壓相序反相處理時(shí)，復(fù)用電網(wǎng)電壓正序在靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換公式。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S2中，A相、B相和C相的三相交流電壓等效合成矢量為V，合成矢量V的旋轉(zhuǎn)角度為θ，提取旋轉(zhuǎn)角度θ獲得sin(θ)和cos(θ)，其中sin(θ)為合成矢量V的旋轉(zhuǎn)角度正弦值，cos(θ)為合成矢量V的旋轉(zhuǎn)角度余弦值。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S3中，通過公式θ-θ_old≈sin(θ-θ_old)＝sin(θ)cos(θ_old)-cos(θ)sin(θ_old)判斷電網(wǎng)電壓相序是否為負(fù)序，其中，θ為當(dāng)前控制周期的旋轉(zhuǎn)角度，θ_old為上一個(gè)控制周期的旋轉(zhuǎn)角度，sin(θ)為當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度的正弦值，cos(θ)為當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度的余弦值，sin(θ_old)為上一周期旋轉(zhuǎn)角度的正弦值，cos(θ_old)為上一周期旋轉(zhuǎn)角度的余弦值；當(dāng)θ-θ_old>0，判斷為電網(wǎng)電壓正序；當(dāng)θ-θ_old<0，判斷為電網(wǎng)電壓負(fù)序。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S3中，三相交流電壓經(jīng)過兩相αβ坐標(biāo)系變換后，得到電壓正序分量和電壓負(fù)序分量分別在兩相αβ坐標(biāo)軸上的投影。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S3中，當(dāng)電網(wǎng)電壓正序時(shí)，合成矢量V逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)該合成矢量V與α軸的夾角θ；當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，合成矢量V順時(shí)針旋轉(zhuǎn)該合成矢量V與α軸的夾角為θ。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S3中，當(dāng)電網(wǎng)電壓正序時(shí)，三相電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量在αβ軸上的投影分別包括電壓正序分量在α軸上的投影Valpha+、電壓正序分量在β軸上的投影Vbeta+、電壓負(fù)序分量在α坐標(biāo)軸上的投影Valpha-和電壓負(fù)序分量在β軸上的投影Vbeta-；當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，將電網(wǎng)電壓負(fù)序與電網(wǎng)電壓正序的結(jié)果互換，此時(shí)，所述三相電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量在αβ軸上的投影分別包括電壓正序分量在α軸上的投影Valpha+’、電壓正序分量在β軸上的投影Vbeta+’、電壓負(fù)序分量在α坐標(biāo)軸上的投影Valpha-’和電壓負(fù)序分量在β軸上的投影Vbeta-’；其中，Valpha+’＝Valpha-，Vbeta+’＝Vbeta-，Valpha-’＝Valpha+，Vbeta-’＝Vbeta+。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S4中，電網(wǎng)電壓相序反相處理時(shí)，復(fù)用電網(wǎng)電壓正序在αβ坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的dq變換公式，處理鎖相跟蹤方向不同所帶來的邊界條件。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述步驟S4中，當(dāng)電網(wǎng)電壓正序時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度θ為正，每次進(jìn)入循環(huán)控制周期，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值在原來基礎(chǔ)上增加Δθ，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值清零；當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度θ為負(fù)，每次進(jìn)入循環(huán)控制周期，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值在原來基礎(chǔ)上增加Δθ，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值清零；其中，Δθ是每個(gè)高頻控制周期電壓矢量角度變換量。

本發(fā)明還提供一種基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制系統(tǒng)，采用了如上所述的基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制方法。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：根據(jù)三相交流電壓等效合成矢量，并得到該合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度，然后通過合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度判斷電網(wǎng)電壓相序是否為負(fù)序，若是，則交換電網(wǎng)電壓正序所得到的正負(fù)序分量的計(jì)算結(jié)果，也就是說，在電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)直接將電網(wǎng)電壓負(fù)序與電網(wǎng)電壓正序的結(jié)果互換，進(jìn)而直接利用正序處理的結(jié)果，不需要重新計(jì)算，大大簡化計(jì)算過程；本發(fā)明無需對(duì)三相電力電子設(shè)備增加額外的捕獲電路，無需更改配線且無需增加成本，便能夠?qū)θ嚯娏﹄娮釉O(shè)備實(shí)現(xiàn)相序鎖定和控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的工作流程示意圖；

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例在電網(wǎng)電壓正序時(shí)的投影和旋轉(zhuǎn)工作原理示意圖；

圖3是本發(fā)明一種實(shí)施例在電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)的投影和旋轉(zhuǎn)工作原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制方法，包括以下步驟：

步驟S1，判斷電網(wǎng)A相、B相和C相的三相交流電壓有效數(shù)值是否都在正常范圍內(nèi)，若是則跳轉(zhuǎn)至步驟S2，若否則發(fā)出電網(wǎng)電壓異常警報(bào)信號(hào)；

步驟S2，根據(jù)三相交流電壓等效合成矢量，并得到該合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度；

步驟S3，通過合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度判斷電網(wǎng)電壓相序是否為負(fù)序，若是，則交換電網(wǎng)電壓正序所得到的正負(fù)序分量的計(jì)算結(jié)果；

步驟S4，電網(wǎng)電壓相序反相處理時(shí)，復(fù)用電網(wǎng)電壓正序在靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換公式。電網(wǎng)電壓正序指的是電網(wǎng)電壓值為正序，電網(wǎng)電壓負(fù)序指的是電網(wǎng)電壓值為負(fù)序(反序)；所述電網(wǎng)電壓相序反相處理指的是電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，將電網(wǎng)電壓負(fù)序與電網(wǎng)電壓正序的結(jié)果互換，進(jìn)而直接利用電網(wǎng)電壓正序的結(jié)果；所述靜止坐標(biāo)系指的是靜止的兩相αβ坐標(biāo)，所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系指的是旋轉(zhuǎn)后的dq坐標(biāo)；所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換公式指的是Vα＝cos(θ)*Vd-sin(θ)*Vq和Vβ＝sin(θ)*Vd+cos(θ)*Vq,其中Vα和Vβ分別為兩相αβ坐標(biāo)的坐標(biāo)分量,Vd和Vq分別為dq坐標(biāo)的坐標(biāo)分量；θ為旋轉(zhuǎn)角度，也就是相位。本例電網(wǎng)A相、B相和C相三相交流電壓分別為VA、VB和VC；所述步驟S2中，A相、B相和C相的三相交流電壓等效合成矢量為V，合成矢量V的旋轉(zhuǎn)角度為θ，提取旋轉(zhuǎn)角度θ獲得sin(θ)和cos(θ)，其中sin(θ)為合成矢量V的旋轉(zhuǎn)角度正弦值，cos(θ)為合成矢量V的旋轉(zhuǎn)角度余弦值。

根據(jù)工程近似計(jì)算公式，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度θ角度比較小的時(shí)候，該旋轉(zhuǎn)角度θ和正弦值sinθ近似相等；本例所述步驟S3中，通過公式θ-θold≈sin(θ-θold)＝sin(θ)cos(θold)-cos(θ)sin(θold)判斷電網(wǎng)電壓相序是否為負(fù)序，其中，θ為當(dāng)前控制周期的旋轉(zhuǎn)角度，θold為上一個(gè)控制周期的旋轉(zhuǎn)角度，sin(θ)為當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度的正弦值，cos(θ)為當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度的余弦值，sin(θold)為上一周期旋轉(zhuǎn)角度的正弦值，cos(θold)為上一周期旋轉(zhuǎn)角度的余弦值；當(dāng)θ-θold>0，可以理解為旋轉(zhuǎn)角度θ的角度增加，判斷為電網(wǎng)電壓正序；當(dāng)θ-θold<0，可以理解為旋轉(zhuǎn)角度θ的角度減小，判斷為電網(wǎng)電壓負(fù)序，電網(wǎng)電壓負(fù)序也可以稱為電網(wǎng)電壓反序。

本例步驟S3中，電網(wǎng)電壓正序按照常規(guī)方式計(jì)算處理，也就是說，可以直接通過合成矢量V逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即采用現(xiàn)有技術(shù)中dq坐標(biāo)的q軸鎖相算法，q軸鎖相算法主要是通過PI(比例積分)控制器使q軸分量為零即實(shí)現(xiàn)鎖相的算法；電網(wǎng)電壓反序時(shí)，交換電網(wǎng)電壓正序的時(shí)候得到的αβ正負(fù)序分量計(jì)算結(jié)果表達(dá)式。

本例所述步驟S3中，三相交流電壓經(jīng)過兩相αβ坐標(biāo)系變換后，得到電壓正序分量和電壓負(fù)序分量分別在兩相αβ坐標(biāo)軸上的投影。

具體為，三相交流電壓分別為VA、VB和VC，經(jīng)過三相靜止ABC坐標(biāo)系到兩相靜止αβ坐標(biāo)系變換之后，得到電壓正序分量和電壓負(fù)序分量分別在αβ坐標(biāo)軸上的投影。電壓正序分量在α軸上的投影為Valpha+；電壓正序分量在β軸上的投影為Vbeta+；電壓負(fù)序分量在α坐標(biāo)軸上的投影分別為Valpha-；電壓負(fù)序分量在β軸上的投影為Vbeta-。

本例所述步驟S3中，當(dāng)電網(wǎng)電壓正序時(shí)，合成矢量V逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)該合成矢量V與α軸的夾角θ；當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，合成矢量V順時(shí)針旋轉(zhuǎn)該合成矢量V與α軸的夾角為θ。

如圖2所示，電網(wǎng)電壓正序時(shí)，三相電壓等效合成矢量V，合成矢量V逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)該合成矢量V與α軸的夾角θ。合成矢量V的正序分量在與其同向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同步速dq坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為直流量，而在與其反向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同步速坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為2倍頻交流量。

如圖3所示，電網(wǎng)電壓反序時(shí)，三相電壓等效合成矢量V,合成矢量V順時(shí)針旋轉(zhuǎn)該合成矢量V與α軸的夾角為θ，合成矢量V的正序分量在與其同向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同步速dq坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為直流量，而在與其反向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同步速坐標(biāo)系中呈現(xiàn)為2倍頻交流量。

本例所述步驟S3中，當(dāng)電網(wǎng)電壓正序時(shí)，三相電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量在αβ軸上的投影分別包括電壓正序分量在α軸上的投影Valpha+、電壓正序分量在β軸上的投影Vbeta+、電壓負(fù)序分量在α坐標(biāo)軸上的投影Valpha-和電壓負(fù)序分量在β軸上的投影Vbeta-；當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，將電網(wǎng)電壓負(fù)序與電網(wǎng)電壓正序的結(jié)果互換，此時(shí)，所述三相電網(wǎng)電壓正負(fù)序分量在αβ軸上的投影分別包括電壓正序分量在α軸上的投影Valpha+’、電壓正序分量在β軸上的投影Vbeta+’、電壓負(fù)序分量在α坐標(biāo)軸上的投影Valpha-’和電壓負(fù)序分量在β軸上的投影Vbeta-’；其中，Valpha+’＝Valpha-，Vbeta+’＝Vbeta-，Valpha-’＝Valpha+，Vbeta-’＝Vbeta+。也就是說,當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序則直接利用正序處理的結(jié)果，不需要重新計(jì)算，大大簡化計(jì)算過程。

本例所述步驟S4中，電網(wǎng)電壓相序反相處理時(shí)，復(fù)用電網(wǎng)電壓正序在αβ坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的dq變換公式，處理鎖相跟蹤方向不同所帶來的邊界條件。

設(shè)鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值為PLL_theta，電網(wǎng)電壓負(fù)序(相序反)的條件下仍然利用電網(wǎng)電壓正序(相序?yàn)檎?條件下的q軸鎖相算法，提取正負(fù)序的時(shí)候旋轉(zhuǎn)角度θ的數(shù)值差一個(gè)符號(hào)，所以必須處理鎖相跟蹤方向不同帶來的邊界條件。

所述步驟S4中，如圖2所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓正序時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度θ為正，每次進(jìn)入循環(huán)控制周期，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值PLL_theta在原來基礎(chǔ)上增加Δθ，Δθ是每個(gè)高頻控制周期電壓矢量角度變換量，如鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值PLL_theta大于360度，則邊界條件為1個(gè)工頻周期電壓矢量旋轉(zhuǎn)360度，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值清零；如圖3所示當(dāng)電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)，旋轉(zhuǎn)角度θ為負(fù)，每次進(jìn)入循環(huán)控制周期，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值在原來基礎(chǔ)上增加Δθ，Δθ是每個(gè)高頻控制周期電壓矢量角度變換量，如鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值PLL_theta小于-360度，則邊界條件為1個(gè)工頻周期電壓矢量旋轉(zhuǎn)-360度，鎖相調(diào)節(jié)器的輸出值清。

本例還可以提供一種基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制系統(tǒng)，采用了如上所述的基于正負(fù)識(shí)別的三相相序自適應(yīng)控制方法。

本例根據(jù)三相交流電壓等效合成矢量，并得到該合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度，然后通過合成矢量的旋轉(zhuǎn)角度判斷電網(wǎng)電壓相序是否為負(fù)序，若是，則交換電網(wǎng)電壓正序所得到的正負(fù)序分量的計(jì)算結(jié)果，也就是說，在電網(wǎng)電壓負(fù)序時(shí)直接將電網(wǎng)電壓負(fù)序與電網(wǎng)電壓正序的結(jié)果互換，進(jìn)而直接利用正序處理的結(jié)果，不需要重新計(jì)算，大大簡化計(jì)算過程；本例不增加硬件成本，僅僅在軟件控制上優(yōu)化完成自適應(yīng)相序控制，本例無需對(duì)三相電力電子設(shè)備增加額外的捕獲電路，無需更改配線且無需增加成本，便能夠?qū)θ嚯娏﹄娮釉O(shè)備實(shí)現(xiàn)相序鎖定和控制。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。