一種電網(wǎng)基波正序電壓提取方法及鎖相方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及在電網(wǎng)電壓發(fā)生畸變的狀態(tài)下提取電網(wǎng)基波正序電壓及鎖相技 術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)基波正序電壓提取方法及鎖相方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，如電力有源濾波器，動 態(tài)無功補(bǔ)償裝置和并網(wǎng)逆變器等。而快速準(zhǔn)確的檢測電網(wǎng)幅值、相位信息是保證這些裝置 能夠正常運(yùn)行、保障電能質(zhì)量和設(shè)備安全的重要條件。
[0003] 為保證各種電力電子裝置的正常運(yùn)行及保障電能質(zhì)量，現(xiàn)有采用過零比較的方法 來跟蹤電網(wǎng)電壓相位，采用過零比較的方法是根據(jù)檢測的電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)和周期來跟蹤 電網(wǎng)電壓相位，從而獲得電網(wǎng)電壓的相位和頻率信息。然而由于每個(gè)電網(wǎng)周期只能檢測到 兩個(gè)電壓過零點(diǎn)，并且只能在過零點(diǎn)處才能校正相位信息，因此檢測速度很慢且容易受到 電壓干擾，在電網(wǎng)電壓畸變不平衡、頻率或者相位突變的情況下均會影響過零點(diǎn)的檢測準(zhǔn) 確性，從而導(dǎo)致鎖相環(huán)產(chǎn)生相位偏差。
[0004] 目前應(yīng)用較為廣泛的跟蹤電網(wǎng)電壓相位的方法是基于同步坐標(biāo)系的鎖相環(huán)方法。 此鎖相環(huán)方法利用鎖相環(huán)輸出的相角值作為Park變換的相位角，將三相電壓轉(zhuǎn)換到兩相 同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，再經(jīng)PI控制器，控制輸出電壓相量的無功分量為〇,從而兩個(gè)坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn) 同步，此時(shí)鎖相環(huán)輸出相位角等于實(shí)際電壓相位角，從而實(shí)現(xiàn)鎖相。該方法在電網(wǎng)電壓平衡 時(shí)能有效的檢測出電網(wǎng)電壓幅值和相位信息，而且能夠達(dá)到較好的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應(yīng)。然而， 在三相電壓不平衡時(shí)，此鎖相環(huán)檢測得到的相位值存在較大的二次諧波，通過調(diào)節(jié)PI參數(shù) 或者使用低通濾波器（LPF)能夠消除二次諧波，但是會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，甚 至無法精確鎖相。
[0005] 在三相電壓不平衡時(shí)，電網(wǎng)基波中除了正序電壓，還包含負(fù)序電壓和零序電壓，而 為保證電力電子裝置能夠正常運(yùn)行，需快速準(zhǔn)確檢測正序電壓的幅值、相位和頻率信息，因 而在電網(wǎng)發(fā)生不平衡或諧波畸變狀態(tài)下對電網(wǎng)基波正序電壓的提取顯得十分重要。
[0006] 專利號為2013106023801的《基波正序電壓提取與鎖相方法》公開了一種基波正 序電壓提取與鎖相方法，利用該方法提取電網(wǎng)基波正序電壓是通過先運(yùn)用Clerk變換，將 三相電壓變換為a、0兩相坐標(biāo)系，在經(jīng)過兩次坐標(biāo)變換，得到電網(wǎng)基波正序電壓，但利用 該方法提取電網(wǎng)基波正序電壓需進(jìn)行一次滯后60°、一次超前60°和一次超前90°運(yùn)算， 算法復(fù)雜，在實(shí)際電力電子設(shè)備的控制系統(tǒng)中，難以實(shí)現(xiàn)。
[0007] 專利號為201200551382的《一種電網(wǎng)基波正序電壓相位的檢測方法》公開的方法 也能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)基波正序電壓的提取，但要用到低通濾波器，在運(yùn)算中需要進(jìn)行反三角函 數(shù)運(yùn)算，在DSP平臺上實(shí)現(xiàn)時(shí)運(yùn)算速度較慢。
[0008] 因此，如何能快速準(zhǔn)確的提取電網(wǎng)基波正序電壓，快速準(zhǔn)確的獲得電網(wǎng)電壓的幅 值及相位信息，是相關(guān)技術(shù)人員亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供了一種電網(wǎng)基波正序電壓提取方法及鎖相方法，該電網(wǎng)基 波正序電壓提取方法可快速準(zhǔn)確地提取電網(wǎng)基波正序電壓，該鎖相方法能夠及時(shí)準(zhǔn)確的檢 測電網(wǎng)電壓的幅值、頻率及相位信息。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0011] 一種電網(wǎng)基波正序電壓提取方法，包括以下步驟：
[0012] a、當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，電網(wǎng)基波中同時(shí)含有電網(wǎng)基波正序電壓、電網(wǎng)基波負(fù)序 電壓、電網(wǎng)基波零序電壓，設(shè)采樣得到的三相電壓ea、eb、e。分別為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電網(wǎng)基波正序電壓提取方法，其特征在于：包括以下步驟： a、 當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，電網(wǎng)基波中同時(shí)含有電網(wǎng)基波正序電壓、電網(wǎng)基波負(fù)序電壓、 電網(wǎng)基波零序電壓，設(shè)采樣得到的三相電壓ea、eb、e。分別為：
式中，U+、供+表示電網(wǎng)基波正序電壓的有效值和初始相位角，U'p表示電網(wǎng)基波負(fù)序 電壓的有效值和初始相位角，U°、f.表示電網(wǎng)基波零序電壓的有效值和初始相位角，w表示 電網(wǎng)基波角頻率，t表示時(shí)間； b、 對三相電壓ea、eb、e。作去除零序分量處理，由于電網(wǎng)基波零序分量 t/''cos(u'f+識= +ec)，因而去除零序分量后的三相電壓eal、ebl、一以為：
c、 采用一階慣性環(huán)節(jié)對去除零序分量的三相電壓eal、ebl、~進(jìn)行滯后60°處 s+1〇2 理后分別與eal、ebl、e。^矢量和，得到相量eb2、ee2、ea2:
(5 )； d、 利用三角函數(shù)的積化和差公式對相量eb2、ee2、％2進(jìn)行疊加，得到電網(wǎng)基波正序電壓
(6 )。
2. -種基于權(quán)利要求1所述方法的鎖相方法，鎖相采用基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的鎖相 環(huán)，其特征在于：包括以下步驟： e、 對通過上述電網(wǎng)基波正序電壓提取方法得到的電網(wǎng)基波正序電Sea+、<、<'作 Clarke變換，得到a、|3坐標(biāo)系下的兩相電壓ea、ep: (7); f、 對上述a、|3坐標(biāo)系下的兩相電壓ea、ep作Park變換，得到d、q坐標(biāo)下的兩相電 壓ed、e。
(8) 式中，9為鎖相環(huán)輸出的相位； g、 調(diào)節(jié)PI參數(shù)，當(dāng)鎖相環(huán)輸出的相位0等于電網(wǎng)基波正序電壓的相位時(shí)，即 6* = (p'+u'/時(shí)，此時(shí)|ed| =U+，6^= 0,鎖相完成，得到電網(wǎng)基波正序電壓幅值U+和相位 q>+ 。
【專利摘要】一種電網(wǎng)基波正序電壓提取方法及鎖相方法，該電網(wǎng)基波正序電壓提取方法使用一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)對檢測到的電網(wǎng)基波電壓進(jìn)行延時(shí)60°處理，同時(shí)具有濾波效果，可以過濾電網(wǎng)中的高次諧波，再對處理過的電網(wǎng)基波進(jìn)行相量運(yùn)算就能得到電網(wǎng)基波正序電壓，因而可快速準(zhǔn)確地提取電網(wǎng)基波正序電壓，算法簡單，占用內(nèi)存少，能夠滿足數(shù)字控制的要求；該鎖相方法將上述電網(wǎng)基波正序電壓提取環(huán)節(jié)加入鎖相環(huán)，將電網(wǎng)基波正序電壓送入d、q變換，獲得電網(wǎng)基波正序電壓相位，該鎖相方法在Park變換之前提取電網(wǎng)基波正序電壓，不需要使用低通濾波器，不會產(chǎn)生二次諧波，因而不會影響系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度，確保精確鎖相。
【IPC分類】H03L7-08, G01R19-00, G01R25-00
【公開號】CN104698254
【申請?zhí)枴緾N201510117716
【發(fā)明人】張偉, 舒杰, 王浩, 戴志威, 張繼元, 吳昌宏
【申請人】中國科學(xué)院廣州能源研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月17日