CN101900751B - 能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法，该方法对电网的正负序分量进行实时分解与校正，对分解出的正序分量进行自适应陷波后进行解耦取出二次纹波，进而PI控制，然后将其积分即得到电压相位，同时输出三相电压的幅值。与现有技术相比，本发明可实时检测电压相位的同时可以检测到电压幅值；可以同时检测到负序分量的电压及幅值，以便于进行负序控制；可对三相电网的不平衡度抑制能力强，对于加入30％的负序分量，其可以在0.2ms内准确检测出正序分量的幅值及其相位；对谐波的抑制能力强。

Description

能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法

技术领域

本发明涉及能量回馈技术，特别是涉及一种能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法。

背景技术

能量回馈单元是基于VSR控制技术，将直流电能转化为交流电能并回送电网的一种装置。目前已有一定的应用，如太阳能发电，直驱式的风力发电等等。

由于能量回馈单元需要将直流电回送到电网，所以必须要准确测量电网的电压、频率、相位参数，只有将上述参数准确采样到，才能使装置准确、协调、同步地将直流电能输送到交流电网中。一般电网参数检测的方法见图1。

此方法在一般情况下是可以得到准确的三相电压的相位与幅值，但其对三相电网的不平衡度及谐波相当敏感，一般情况下，三相电网的不平衡和谐波是很常见的，在此情况下，相位与幅值都会出现较大的不稳，对控制将造成很大的影响，严重时可能造成逆变器的过电流或损坏。

对于如何有效迅速地检测出三相电网的相位及其幅值，并且要求对电网电压的不平衡度及电网谐波有较大的抑制作用，一直是并网系统研究的一个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法，其特征在于，包括

1)采样电网的三相交流电压U_abc

2)对U_abc进行CLARK变换，得到二相静止坐标系中的U_αβ；

3)对U_αβ进行正初始θ角的PARK变换，得到旋转坐标系中正序电压功分量U_d+、正序无功分量U_q+，同时对U_αβ进行负初始θ角的PARK变换，得到旋转坐标系中负序电压功分量U_d-、负序无功分量U_q-；

4)分别对U_d+、U_q+、U_d-、U_q-进行两倍初始ω的陷波去除正负序分量的交流量，后得到U_d`+、U<sub>q</sub>`+、U_d`-、U<sub>q</sub>`-；

5)将初始正序电压功分量、初始正序无功分量、初始负序电压功分量、初始负序无功分量以及初始θ角作为解耦参数，对U_d`+，U<sub>q</sub>`+，U_d`-，U<sub>q</sub>`-进行解耦，得到U_d*+、U_d*+、U_d*-、U_q*-；

6)对U_d*+、U_q*+、U_d*-、U_q*-进行一阶滤波后得到目标正序电压功分量U_d^+、目标正序无功分量U_q^+、目标负序电压功分量U_d^-以及目标负序无功分量U_q^-，其中目标正序电压功分量U_d^+即为需求的电压幅值，并且目标正序电压功分量U_d^+、目标正序无功分量U_q^+、目标负序电压功分量U_d^-以及目标负序无功分量U_q^-作为下一个检测周期的初始正序电压功分量、初始正序无功分量、初始负序电压功分量、初始负序无功分量；

7)对U_q*+进行PI调节控制，使U_q控制在0，得到结果即为三相电源的频率，该频率作为下一个检测周期的初始ω；

8)对三相电源的频率进行积分处理后得到三相电源的实时θ角，该实时θ角作为下一个检测周期的初始θ角。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)实时检测电压相位的同时可以检测到电压幅值；

2)可以同时检测到负序分量的电压及幅值，以便于进行负序控制；

3)对三相电网的不平衡度抑制能力强，对于加入30％的负序分量，其可以在0.2ms内准确检测出正序分量的幅值及其相位；

4)对谐波的抑制能力强。

附图说明

图1为现有电网参数检测方法示意图；

图2为本发明的原理图；

图3为本发明的流程图；

图4为本发明的能量回馈单元的结构示意图。

其中：1-DC540V直流供电回路，2-快速熔丝一，3-快速熔丝二，4-电容，5-IGBT电路，6-电感，7-快速熔丝三，8-AC380V交流电网，9-电流检测单元，10-电压检测单元，11-直流检测单元，12-DSP。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图2～4所示，能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法，包括

1)采样电网的三相交流电压U_abc；

2)对U_abc进行CLARK变换，得到二相静止坐标系中的U_αβ；

3)对U_αβ进行正初始θ角的PARK变换，得到旋转坐标系中正序电压功分量U_d+、正序无功分量U_q+，同时对U_αβ进行负初始θ角的PARK变换，得到旋转坐标系中负序电压功分量U_d-、负序无功分量U_q-；

4)分别对U_d+、U_q+、U_d-、U_q-进行两倍初始ω的陷波去除正负序分量的交流量，后得到U_d`+、U<sub>q</sub>`+、U_d`-、U<sub>q</sub>`-；

5)将初始正序电压功分量、初始正序无功分量、初始负序电压功分量、初始负序无功分量以及初始θ角作为解耦参数，对U_d`+，U<sub>q</sub>`+，U_d`-，U<sub>q</sub>`-进行解耦，得到U_d*+、U_q*+、U_d*-、U_q*-；

6)对U_d*+、U_q*+、U_d*-、U_q*-进行一阶滤波后得到目标正序电压功分量U_d^+、目标正序无功分量U_q^+、目标负序电压功分量U_d^-以及目标负序无功分量U_q^-，其中目标正序电压功分量U_d^+即为需求的电压幅值，并且目标正序电压功分量U_d^+、目标正序无功分量U_q^+、目标负序电压功分量U_d^-以及目标负序无功分量U_q^-作为下一个检测周期的初始正序电压功分量、初始正序无功分量、初始负序电压功分量、初始负序无功分量；

7)对U_q*+进行PI调节控制，使U_q控制在0，得到结果即为三相电源的频率，该频率作为下一个检测周期的初始ω；

8)对三相电源的频率进行积分处理后得到三相电源的实时θ角，该实时θ角作为下一个检测周期的初始θ角。

本发明是在100微秒的PWM控制电路中进行的。

如图4，本发明是在32Bit的DSP12中进行的，其工作频率为100MHz，以直流检测单元11、交流电压检测单元10以及电流检测单元9的实时检测值作为输入量，其中本发明以检测的交流电压为核心，通过其检测及DSP的运算将外部干扰信号(包含负序谐波等等)去除掉，得到实际需要的正序电压及其相位。当DSP在所有处理均完成后会送出信号给IGBT驱动电路13用于驱动GBTI电路5。IGBT电路5是功率开关转换器件，用于将直流电压斩波成PWM波，电感6滤除PWM的载波以便得到正弦电压使其可以于电网相连，AC380交流电网8与电感6之间有快速熔丝一7，用于保护装置。在直流回路有DC540V直流供电回路1以及用于保护装置的快速熔丝二2、快速熔丝三3，电容4为储能和缓冲目的，用于存储一部分来自直流回路的电能。

Claims (1)

1.能量回馈单元中实时电压矢量的检测方法，其特征在于，包括

1)采样电网的三相交流电压U_abc；

2)对U_abc进行CLARK变换，得到二相静止坐标系中的U_αβ；

3)对U_αβ进行正初始θ角的PARK变换，得到旋转坐标系中正序电压功分量U_d+、正序无功分量U_q+，同时对U_αβ进行负初始θ角的PARK变换，得到旋转坐标系中负序电压功分量U_d-、负序无功分量U_q-；

4)分别对U_d+、U_q+、U_d-、U_q-进行两倍初始ω的陷波，去除正负序分量的交流量后，得到U_d`+、U<sub>q</sub>`+、U_d`-、U<sub>q</sub>`-；

5)将初始正序电压功分量、初始正序无功分量、初始负序电压功分量、初始负序无功分量以及初始θ角作为解耦参数，对U_d`+，U<sub>q</sub>`+，U_d`-，U<sub>q</sub>`-进行解耦，得到U_d*+、U_q*+、U_d*-、U_q*-；

6)对U_d*+、U_q*+、U_d*-、U_q*-进行一阶滤波后得到目标正序电压功分量U_d^+、目标正序无功分量U_q^+、目标负序电压功分量U_d^-以及目标负序无功分量U_q^-，其中目标正序电压功分量U_d^+即为需求的电压幅值，并且目标正序电压功分量U_d^+、目标正序无功分量U_q^+、目标负序电压功分量U_d^-以及目标负序无功分量U_q^-作为下一个检测周期的初始正序电压功分量、初始正序无功分量、初始负序电压功分量、初始负序无功分量；

7)对U_q*+进行PI调节控制，使U_q控制在0，得到结果即为三相电源的频率，该频率作为下一个检测周期的初始ω；

8)对三相电源的频率进行积分处理后得到三相电源的实时θ角，该实时θ角作为下一个检测周期的初始θ角。

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