CN103472301A - 一种电网电压正序、负序分量的提取方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电网电压正序、负序分量的提取方法和系统，所述方法在将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系αβ下的电压e_α、e_β的基础上，通过分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，得到不包含直流分量的电网电压α轴正序分量

β轴正序分量α轴负序分量

及β轴负序分量

并基于计算出电网电压的正序分量

和负序分量

显然，最终计算出的电网电压的正序分量

和负序分量

不包含电网电压直流分量。可见，本发明通过分别对两相静止坐标系下的电压e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，抑制了电网电压的直流分量，从而使提取的电网电压正、负序分量中不含有直流分量，进而可更有效地对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

Description

一种电网电压正序、负序分量的提取方法和系统

技术领域

本发明属于先进的锁相环方法在分布式发电系统（光伏发电、风力发电、燃料电池发电等）的应用技术领域，尤其涉及一种电网电压正序、负序分量的提取方法和系统。

背景技术

可再生能源日益成为人类能源可持续发展战略的重要组成部分。电网是一个动态系统，大功率单相负载的接入等因素，会造成电网三相电压不平衡。当电网电压不平衡时，并网逆变器注入到电网的电流是非正弦或不对称的，这种电流和不对称电网电压形成的有功、无功功率将在电网中产生不可控的振荡。此种情况下的并网逆变器的合理控制策略将是可再生能源有效接入电网的关键技术。

目前，需要基于对电网电压正序分量、负序分量进行提取实现并网逆变器的控制，在电网电压不平衡时电网电压正序分量、负序分量提取的过程中，实际测量的误差以及数据转换过程的误差等因素会导致电网电压含有直流分量，当前传统方法提取的电网电压分量中同样含有直流分量，从而为并网逆变器的合理控制带来了不利影响。因此，亟需提供一种抑制了电网电压直流分量的电网电压正序、负序分量的提取方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电网电压正序、负序分量的提取方法和系统，以解决上述问题，使提取的电网电压正序分量、负序分量中不含有直流分量。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种电网电压正序、负序分量的提取方法，包括：

将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β；

分别对所述e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，得到不包含电网电压直流分量的电网电压的α轴正序分量

β轴正序分量α轴负序分量以及β轴负序分量

的表达式；

基于所述电网电压的α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式，分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

依据所述电网电压的正序分量

和负序分量

对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

优选的，所述将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β具体为：

将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c通过3/2变换转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β。

优选的，所述分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理具体包括：

对e_α进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_α和qV_α1，其中，V_α是与e_α的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1是与e_α的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1含有电网电压直流分量；

对qV_α1进行双阶广义积分得到与qV_α1同相的正弦信号qV_α；

对e_β进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_β和qV_β1，其中，V_β是与e_β的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1是与输入电网电压e_β的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1含有电网电压直流分量；

对qV_β1进行双阶广义积分得到与qV_β1同相的正弦信号qV_β。

优选的，所述电网电压α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式具体为：

$V_{\mathrm{\α}}^{+}=(V_{\mathrm{\α}}-q{V}_{\mathrm{\β}})/2;$

$V_{\mathrm{\β}}^{+}=(q{V}_{\mathrm{\α}}+V_{\mathrm{\β}})/2;$

$V_{\mathrm{\α}}^{-}=(V_{\mathrm{\α}}+q{V}_{\mathrm{\β}})/2;$

$V_{\mathrm{\β}}^{-}=(V_{\mathrm{\β}}-q{V}_{\mathrm{\α}})/2;$

其中，q=e^-jπ/2，表示对电网输入信号e进行90度的移相运算。

优选的，所述电网电压的正序分量

和负序分量

具体为：

$V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}};$

$V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}},$

其中，e_αβ表示两相静止坐标系下的电网电压向量。

一种电网电压正序、负序分量的提取系统，包括转换模块、第一计算模块、第二计算模块和控制模块，其中：

所述转换模块，用于将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β；

所述第一计算模块，用于分别对所述e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，得到不包含电网电压直流分量的电网电压的α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式；

所述第二计算模块，用于基于所述电网电压的α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量的表达式，分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

所述控制模块，用于依据所述电网电压的正序分量

和负序分量对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

优选的，所述第一计算模块包括：

第一积分模块，用于对e_α进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_α和qV_α1，其中，V_α是与e_α的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1是与e_α的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1含有电网电压直流分量；

第二积分模块，用于对qV_α1进行双阶广义积分得到与qV_α1同相的正弦信号qV_α；

第三积分模块，用于对e_β进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_β和qV_β1，其中，V_β是与e_β的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1是与输入电网电压e_β的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1含有电网电压直流分量；

第四积分模块，用于对qV_β1进行双阶广义积分得到与qV_β1同相的正弦信号qV_β。

本发明实施例提供的电网电压正序、负序分量的提取方法，在将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系（αβ）下的电压e_α、e_β的基础之上，通过分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分（SOGI，Second order generalized integrator）处理，得到不包含电网电压直流分量的电网电压α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

并基于所述不包含电网电压直流分量的α、β轴正、负序分量分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

显然，最终计算出的电网电压的正序分量

和负序分量

中不包含电网电压直流分量。可见，本发明具体通过分别对两相静止坐标系下的电压e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，抑制了电网电压的直流分量，从而使提取的电网电压正序分量、负序分量中不含有直流分量，进而可更为有效地对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的电网电压正序、负序分量的提取方法流程图；

图2是本发明实施例一提供的电网电压不平衡时电网电压正序、负序提取的电路图；

图3是本发明实施例一提供的闭环传递函数波特图；

图4是本发明实施例二提供的电网电压正序、负序分量的提取系统结构示意图；

图5（a）是本发明实施例三提供的条件1时三相电网电压的波形图；

图5（b）是本发明实施例三提供的条件1时电网电压正序分量波形图；

图5（c）是本发明实施例三提供的条件1时电网电压负序分量波形图；

图6（a）是本发明实施例三提供的条件2时三相电网电压的波形图；

图6（b）是本发明实施例三提供的条件2时电网电压正序分量波形图；

图6（c）是本发明实施例三提供的条件2时电网电压负序分量波形图；

图7（a）是本发明实施例三提供的条件3时三相电网电压的波形图；

图7（b）是本发明实施例三提供的条件3时电网电压正序分量波形图；

图7（c）是本发明实施例三提供的条件3时电网电压负序分量波形图；

图8（a）是本发明实施例三提供的条件4时三相电网电压的波形图；

图8（b）是本发明实施例三提供的条件4时电网电压正序分量波形图；

图8（c）是本发明实施例三提供的条件4时电网电压负序分量波形图；

图9（a）是本发明实施例三提供的条件5时三相电网电压的波形图；

图9（b）是本发明实施例三提供的条件5时传统方式提取的电网电压正序分量的试验波形图；

图9（c）是本发明实施例三提供的条件5时电网电压正序分量波形图；

具体实施方式

为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结解释如下：

3/2变换：3/2指三相静止坐标系/二相静止坐标系，3/2变换即为三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开一种电网电压正序、负序分量的提取方法和系统，用于在三相电网电压不平衡时提取电网电压的正序分量和负序分量，以下将通过多个实施例对本发明的电网电压正序、负序分量的提取方法和系统进行详细说明。

实施例一

本发明实施例一公开了一种电网电压正序、负序分量的提取方法，请参见图1，该方法包括：

S1：将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β。

其中，三相电网电压不平衡时，具体通过3/2变换将三相电网电压e_a、e_b、e_c转换为两相静止坐标系下的电压e_α、e_β。

S2：分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，以得到不包含电网电压直流分量的电网电压α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式。

如图2所示，本发明实施具体采用四个双阶广义积分（SOGI）实现三相电网电压正、负序分量的提取以及对电网电压直流分量的有效控制。

具体地，对e_α进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_α和qV_α1，其中，V_α与e_α的基波相位、幅值和频率相同，而qV_α1与输入电网电压e_α的基波相位相差90度，幅值和频率相同，且qV_α1含有电网电压直流分量；之后，再将正弦信号qV_α1进行双阶广义积分得到与qV_α1同相的正弦信号qV_α。显然，qV_α中不包含电网电压直流分量。

相应的，对e_β进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_β和qV_β1，其中，V_β与e_β的基波相位、幅值和频率相同，而qV_β1与输入电网电压e_β的基波相位相差90度，幅值和频率相同，且qV_β1含有电网电压直流分量；接下来，再将正弦信号qV_β1通过双阶广义积分得到与qV_β1同相的正弦信号qV_β，qV_β中同样不包含电网电压的直流分量。

以下将对上述双阶广义积分处理所基于的事实依据进行详细说明。请参见图2，由图2可得电网电压不平衡时其正、负序分量提取的闭环传递函数（F_Vα(s)=V_α(s)/e_α(s)，F_qVα1(s)=qV_α1(s)/e_α(s)，F_qVα(s)=qV_α(s)/e_α(s)，F_Vβ(s)=V_β(s)/e_β(s)，F_qVβ1(s)=qV_β1(s)/e_β(s)，F_qVβ(s)=qV_β(s)/e_β(s)）如下：

$F_{\mathrm{V\α}}\left(s\right)=\frac{V_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}=\frac{k{\mathrm{\ω}}_{g}s}{s^2+k{\mathrm{\ω}}_{g}s+{{\mathrm{\ω}}_g}^2}---\left(1\right)$

$F_{\mathrm{qV\α}1}\left(s\right)=\frac{q{V}_{\mathrm{\α}1}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}=\frac{k{{\mathrm{\ω}}_g}^2}{s^2+k{\mathrm{\ω}}_{g}s+{{\mathrm{\ω}}_g}^2}---\left(2\right)$

$F_{\mathrm{qV\α}}\left(s\right)=\frac{q{V}_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}=\frac{k^2{{\mathrm{\ω}}_g}^{3}s}{{(s^2+k{\mathrm{\ω}}_{g}s+{{\mathrm{\ω}}_g}^2)}^2}---\left(3\right)$

$F_{\mathrm{V\β}}\left(s\right)=\frac{V_{\mathrm{\β}}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\β}}\left(s\right)}=\frac{k{\mathrm{\ω}}_{g}s}{s^2+k{\mathrm{\ω}}_{g}s+{{\mathrm{\ω}}_g}^2}---\left(4\right)$

$F_{\mathrm{qV\β}1}\left(s\right)=\frac{q{V}_{\mathrm{\β}1}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\β}}\left(s\right)}=\frac{k{{\mathrm{\ω}}_g}^2}{s^2+k{\mathrm{\ω}}_{g}s+{{\mathrm{\ω}}_g}^2}---\left(5\right)$

$F_{\mathrm{qV\β}}\left(s\right)=\frac{q{V}_{\mathrm{\β}}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\β}}\left(s\right)}=\frac{k^2{{\mathrm{\ω}}_g}^{3}s}{{(s^2+k{\mathrm{\ω}}_{g}s+{{\mathrm{\ω}}_g}^2)}^2}---\left(6\right)$

其中，ω_g是SOGI自然振荡频率，其与采用PLL（Phase Loop Locked,锁相环）技术输出频率ω^*相等；k是影响SOGI闭环传递函数的带宽。取k=0.707，ω_g=314.16，则闭环传递函数 $(F_{\mathrm{V\α}}\left(s\right)=\frac{V_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\α}}\left(s\right)},F_{\mathrm{qV\α}1}\left(s\right)=\frac{q{V}_{\mathrm{\α}1}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\α}}\left(s\right)},F_{\mathrm{qV\α}}\left(s\right)=\frac{q{V}_{\mathrm{\α}}\left(s\right)}{e_{\mathrm{\α}}\left(s\right)})$ 的波特图如图3所示（图3中对曲线做了标记，其中，相同标记的为同一曲线）。从图3的波特图可以得出：若输入电网电压信号e_α有直流分量，则qV_α1与电网电压信号e_α一样含有直流分量，但输出电压信号qV_α对输入电网电压信号e_α的直流分量有很好的滤波效果，从而可以有效地抑制电网电压信号e_α的直流分量。传递函数F_Vβ(s)、F_qVβ1(s)和F_qVβ(s)的波特图与图3相同，相应可得出如下结论：若输入电网电压信号e_α有直流分量，则qV_β1与电网电压信号e_α一样含有直流分量，但输出电压信号qV_β对输入电网电压信号e_α的直流分量有很好的滤波效果。

基于以上的对e_α、e_β的双阶广义积分处理，则电网电压不平衡时其α轴的正序分量为： $V_{\mathrm{\α}}^{+}=(V_{\mathrm{\α}}-q{V}_{\mathrm{\β}})/2;$ β轴正序分量为： $V_{\mathrm{\β}}^{+}=(q{V}_{\mathrm{\α}}+V_{\mathrm{\β}})/2;$ α轴的负序分量为： $V_{\mathrm{\α}}^{-}=(V_{\mathrm{\α}}+q{V}_{\mathrm{\β}})/2;$ β轴的负序分量为： $V_{\mathrm{\β}}^{-}=(V_{\mathrm{\β}}-q{V}_{\mathrm{\α}})/2.$ 显然，

以及

中不含有电网电压的直流分量。

S3：基于所述电网电压α轴的正序分量

β轴的正序分量

α轴的负序分量以及β轴的负序分量

的表达式，分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

三相电网电压e_a、e_b、e_c对应的三相电网电压向量记为e_abc，e_abc可以分解为瞬时正序分量、负序分量和零序分量，即其中，

$e_{\mathrm{abc}}^{+}=\left[\begin{array}{c}{e}_a^{+}\\ e_b^{+}\\ e_c^{+}\end{array}\right]=\left[T_{+}\right]e_{\mathrm{abc}}=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2\\ {\mathrm{\α}}^2& 1& \mathrm{\α}\\ \mathrm{\α}& {\mathrm{\α}}^2& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_a\\ e_b\\ e_c\end{array}\right]---\left(7\right)$

$e_{\mathrm{abc}}^{-}=\left[\begin{array}{c}{e}_a^{-}\\ e_b^{-}\\ e_c^{-}\end{array}\right]=\left[T_{-}\right]e_{\mathrm{abc}}=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& {\mathrm{\α}}^2& \mathrm{\α}\\ \mathrm{\α}& 1& {\mathrm{\α}}^2\\ {\mathrm{\α}}^2& \mathrm{\α}& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_a\\ e_b\\ e_c\end{array}\right]---\left(8\right)$

$e_{\mathrm{abc}}^0=\left[\begin{array}{c}{e}_a^0\\ e_b^0\\ e_c^0\end{array}\right]=\left[T_0\right]e_{\mathrm{abc}}=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 1& 1\\ 1& 1& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{e}_a\\ e_b\\ e_c\end{array}\right]---\left(9\right)$

以上各式中，α=e^j2π/3，α为Fortescue算子的表达式，表示对输入信号e相移120度。在三相三线制的并网逆变系统中，不存在零序分量，因此，本发明不需考虑电网电压的零序分量，即只考虑电网电压的正序、负序分量的提取和直流分量的抑制。

三相电网电压在三相静止坐标系下（abc）的正、负序分量可以通过3/2坐标变换被变换为二相静止坐标系下（αβ）的正、负序分量。其变换如下：

$V_{\mathrm{\α\β}}^{+}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}^{+}\\ V_{\mathrm{\β}}^{+}\end{array}\right]=\left[T_{3/2}\right]e_{\mathrm{abc}}^{+}---\left(10\right)$

$V_{\mathrm{\α\β}}^{-}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}^{-}\\ V_{\mathrm{\β}}^{-}\end{array}\right]=\left[T_{3/2}\right]e_{\mathrm{abc}}^{-}---\left(11\right)$

将式（7）和式（8）分别代入式（10）和式（11）中可得：

$V_{\mathrm{\α\β}}^{+}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}^{+}\\ V_{\mathrm{\β}}^{+}\end{array}\right]=\left[T_{3/2}\right]e_{\mathrm{abc}}^{+}=\left[T_{3/2}\right]\left[T_{+}\right]e_{\mathrm{abc}}=\left[T_{3/2}\right]\left[T_{+}\right]{\left[T_{3/2}\right]}^{-1}{e}_{\mathrm{\α\β}}---\left(12\right)$

$V_{\mathrm{\α\β}}^{-}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}^{-}\\ V_{\mathrm{\β}}^{-}\end{array}\right]=\left[T_{3/2}\right]e_{\mathrm{abc}}^{-}=\left[T_{3/2}\right]\left[T_{-}\right]e_{\mathrm{abc}}=\left[T_{3/2}\right]\left[T_{-}\right]{\left[T_{3/2}\right]}^{-1}{e}_{\mathrm{\α\β}}---\left(13\right)$

对式（12）和式（13）进行化简，得：

$V_{\mathrm{\α\β}}^{+}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}^{+}\\ V_{\mathrm{\β}}^{+}\end{array}\right]=\left[T_{3/2}\right]\left[T_{+}\right]{\left[T_{3/2}\right]}^{-1}{e}_{\mathrm{\α\β}}=\left[T_{\mathrm{\α\β}}^{+}\right]e_{\mathrm{\α\β}}---\left(14\right)$

$V_{\mathrm{\α\β}}^{-}=\left[\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{\α}}^{-}\\ V_{\mathrm{\β}}^{-}\end{array}\right]=\left[T_{3/2}\right]\left[T_{-}\right]{\left[T_{3/2}\right]}^{-1}{e}_{\mathrm{\α\β}}=\left[T_{\mathrm{\α\β}}^{-}\right]e_{\mathrm{\α\β}}---\left(15\right)$

依据步骤S2中电网电压不平衡时其α轴的正序分量以及β轴的正序分量可提取出

即 $V_{\mathrm{\α}}^{+}=(V_{\mathrm{\α}}-q{V}_{\mathrm{\β}})/2,V_{\mathrm{\β}}^{+}=(q{V}_{\mathrm{\α}}+V_{\mathrm{\β}})/2,$ 则可得出 $\left[T_{\mathrm{\α\β}}^{+}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right],$ 相应地，依据电网电压α轴的负序分量和β轴的负序分量提取出 $\left[T_{\mathrm{\α\β}}^{-}\right]=\left[\begin{array}{cc}1/2& q/2\\ -q/2& 1/2\end{array}\right],$ 将

的值分别代入式（14）和式（15），得：

$V_{\mathrm{\α\β}}^{+}=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α\β}}---\left(16\right)$

$V_{\mathrm{\α\β}}^{-}=\left[\begin{array}{cc}1/2& q/2\\ -q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α\β}}---\left(17\right)$

在式（16）和式（17）中，q=e^-jπ/2，表示对输入信号e进行90度的移相运算，e_αβ表示两相静止坐标系下的电网电压向量。

显然，电网电压的正序分量

以及负序分量

中不含有直流分量，至此，本实施例基于四次双阶广义积分，实现了电网电压不平衡时电网电压正序、负序分量的提取，且同时有效抑制了电网电压的直流分量。

S4：依据所述电网电压的正序分量

和负序分量对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

具体地，电网电压不平衡时，可将电网电压正序分量

负序分量应用于电网电压的并网逆变器的控制中。

综上，本发明实施例提供的电网电压正序、负序分量的提取方法，在将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系αβ下的电压e_α、e_β的基础之上，通过分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，得到不包含电网电压直流分量的电网电压α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量并基于所述不包含电网电压直流分量的α、β轴正、负序分量分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

显然，最终计算出的电网电压的正序分量

和负序分量

中不包含电网电压直流分量。可见，本发明具体通过分别对两相静止坐标系下的电压e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，抑制了电网电压的直流分量，从而使提取的电网电压正序分量、负序分量中不含有直流分量，进而可更为有效地对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

实施例二

本发明实施例二公开了一种电网电压正序、负序分量的提取系统，请参见图4，该电网电压正序、负序分量的提取系统包括转换模块100、第一计算模块200、第二计算模块300和控制模块400。

转换模块100，用于将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β。

第一计算模块200，用于分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，以得到不包含电网电压直流分量的电网电压α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式。

具体地，第一计算模块200包括第一积分模块、第二积分模块、第三积分模块和第四积分模块。第一积分模块，用于对e_α进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_α和qV_α1，其中，V_α是与输入电网电压e_α的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1是与输入电网电压e_α的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1含有电网电压直流分量；第二积分模块，用于对qV_α1进行双阶广义积分得到与qV_α1同相的正弦信号qV_α；第三积分模块，用于对e_β进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_β和qV_β1，其中，V_β是与输入电网电压e_β的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1是与输入电网电压e_β的基波相位相差90度、幅值和频率相同的的正弦信号，qV_β1含有电网电压直流分量；第四积分模块，用于对qV_β1进行双阶广义积分得到与qV_β1同相的正弦信号qV_β。

第二计算模块300，用于基于所述电网电压α轴的正序分量

β轴的正序分量

α轴的负序分量以及β轴的负序分量

的表达式，分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

控制模块400，用于依据所述电网电压的正序分量

和负序分量

对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

对于本发明实施例二公开的电网电压正序、负序分量的提取系统而言，由于其与实施例一公开的电网电压正序、负序分量的提取方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见实施例一中电网电压正序、负序分量的提取方法部分的说明即可，此处不再详述。

实施例三

本实施例三对本发明的电网电压正序、负序分量的提取方法和系统的可行性和正确性进行验证。具体通过对不同不平衡条件下的电网电压进行实验来验证。

条件1：

e_a=325cosωt，e_b=325cos(ωt-2π/3)，e_c=325cos(ωt+2π/3)；

条件2：

e_a=325cosωt，e_b=262cos(ωt-2π/3)，e_c=262cos(ωt+2π/3)；。

条件3：

e_a=325cosωt，e_b=115cos(ωt-2π/3)，e_c=115cos(ωt+2π/3)；

条件4：

e_a=325cosωt+e_ah，e_b=115cos(ωt-2π/3)+e_bh，e_c=115cos(ωt+2π/3)+e_ch，其中，e_ah，e_bh，e_ch分别为含5次、7次的高次谐波；

条件5：

e_a=325cosωt+30，e_b=115cos(ωt-2π/3)+30，e_c=115cos(ωt+2π/3)+30。

利用本发明的方法分别提取上述条件1、条件2……条件5下的电网电压的正序分量和负序分量，并基于提取的电网电压正序分量和负序分量进行绘图。请参见图5，其中，图5（a）为条件1时三相电网电压的波形图，图5（b）为条件1时电网电压正序分量波形图，图5（c）为条件1时电网电压负序分量波形图；相应地，图6（a）、图6（b）、图6（c）分别为条件2时三相电网电压及其对应的电网电压正、负序分量的实验波形图；图7（a）、图7（b）、图7（c）分别为条件3时三相电网电压及其对应的电网电压正、负序分量的实验波形图；图8（a）、图8（b）、图8（c）分别为条件4时三相电网电压及其对应的电网电压正、负序分量的实验波形图；图9（a）、图9（c）分别为条件5时三相电网电压及其对应的电网电压正序分量的实验波形图，图9（b）为传统方式提取的电网电压正序分量的试验波形图。

依据图5～图7的实验波形可以得出如下结论：电网电压在不同的不平衡情况下，本发明的方法能有效、精确地提取电网电压的正序、负序分量；依据图8的实验波形可以得出：在电网电压不平衡和电网电压含有高次谐波时，本发明的方法同样能够有效、精确地提取电网电压的正序、负序分量；依据图9的对比实验波形得出：当采集的电网电含有直流分量时，区别于传统方法提取的电网电压正序分量中含有直流分量，采用本发明方法能够有效地抑制电网电压的直流分量。

实施例四

本发明实施例四在以上各实施例的基础上，公开了一利用本发明的方法提取电网电压正、负序分量的具体实例，包括如下步骤：

（1）以数字信号处理器TMS320F2808为核心，利用片内16路12位AD（Analog/Digital，模拟/数字）模块对信号采集电路信号进行采样。

具体地，采用差分电路（信号采集电路）采集三相电网电压e_a，e_b，e_c，并通过信号处理将输入的相电网电压信号调理成0～3V之间，之后将相电压信号通过硬件低通滤波处理输入至TMS320F2808芯片为核心的12位的AD采样口。

（2）将闭环传递函数F_Vα(s)=V_α(s)/e_α(s)，F_qVα1(s)=qV_α1(s)/e_α(s)，F_qVα(s)=qV_α(s)/e_α(s)，F_Vβ(s)=V_β(s)/e_β(s)，F_qVβ1(s)=qV_β1(s)/e_β(s)，F_qVβ(s)=qV_β(s)/e_β(s)在DSP（digital singnal processor，数字信号处理器）进行离散化处理。

具体地，为提高系统离散化的精度，本实例采用Trapezoidal方法，将闭环传递函数的s用

来代替，其中T_s=200μs。

将

代入F_Vα(s)=V_α(s)/e_α(s)，可得到如下公式：

$F_{\mathrm{V\α}}\left(z\right)=\frac{\left(2k{\mathrm{\ω}}_g{T}_s\right)(z^2-1)}{4{(z-1)}^2+\left(2k{\mathrm{\ω}}_g{T}_s\right)(z^2-1)+{\left({\mathrm{\ω}}_g{T}_s\right)}^2{(z+1)}^2}---\left(18\right)$

取x=2kω_gT_s，y=(ω_gT_s)²，则有：

$F_{\mathrm{V\α}}\left(z\right)=\frac{\left(\frac{x}{x+y+4}\right)+\left(\frac{-x}{x+y+4}\right)z^{-2}}{1-\left(\frac{2(4-y)}{x+y+4}\right)z^{-1}-\left(\frac{x-y-4}{x+y+4}\right)z^{-1}}---\left(19\right)$

取 $b_0=\frac{x}{x+y+4},b_1=\frac{-x}{x+y+4}=-b_0,a_1=\frac{2(4-y)}{x+y+4},a_2=\frac{x-y-4}{x+y+4},$ 则得到F_Vα(s)=V_α(s)/e_α(s)的DSP离散化公式如下：

$F_{\mathrm{V\α}}\left(z\right)=\frac{b_0+b_1{z}^{-2}}{1-a_1{z}^{-1}-a_2{z}^{-2}}---\left(20\right).$

相应地，可采用同样的方式对F_qVα1(z)=qV_α1(z)/e_α(z)，F_qVα(z)=qV_α(z)/e_α(z)，F_Vβ(z)=V_β(z)/e_β(z)，F_qVβ1(z)=qV_β1(z)/e_β(z)，F_qVβ(z)=qV_β(z)/e_β(z)在DSP进行离散化处理。

（3）利用如下公式提取电网电压的正序分量和负序分量：

$V_{\mathrm{\α\β}}^{+}=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α\β}}$

$V_{\mathrm{\α\β}}^{-}=\left[\begin{array}{cc}1/2& q/2\\ -q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α\β}}.$

（4）通过C语言在TMS320F2808芯片实现上述离散化过程。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一、第二、第三和第四等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电网电压正序、负序分量的提取方法，其特征在于，包括：

将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β；

分别对所述e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，得到不包含电网电压直流分量的电网电压的α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量的表达式；

基于所述电网电压的α轴正序分量β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式，分析、计算出电网电压的正序分量

和负序分量

依据所述电网电压的正序分量

和负序分量

对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

2.根据权利要求1所述的电网电压正序、负序分量的提取方法，其特征在于，所述将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β具体为：

将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c通过3/2变换转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β。

3.根据权利要求1所述的电网电压正序、负序分量的提取方法，其特征在于，所述分别对e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理具体包括：

对e_α进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_α和qV_α1，其中，V_α是与e_α的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1是与e_α的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1含有电网电压直流分量；

对qV_α1进行双阶广义积分得到与qV_α1同相的正弦信号qV_α；

对e_β进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_β和qV_β1，其中，V_β是与e_β的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1是与输入电网电压e_β的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1含有电网电压直流分量；

对qV_β1进行双阶广义积分得到与qV_β1同相的正弦信号qV_β。

4.根据权利要求3所述的电网电压正序、负序分量的提取方法，其特征在于，所述电网电压α轴正序分量

β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式具体为：

$V_{\mathrm{\α}}^{+}=(V_{\mathrm{\α}}-q{V}_{\mathrm{\β}})/2;$

$V_{\mathrm{\β}}^{+}=(q{V}_{\mathrm{\α}}+V_{\mathrm{\β}})/2;$

$V_{\mathrm{\α}}^{-}=(V_{\mathrm{\α}}+q{V}_{\mathrm{\β}})/2;$

$V_{\mathrm{\β}}^{-}=(V_{\mathrm{\β}}-q{V}_{\mathrm{\α}})/2;$

其中，q=e^-jπ/2，表示对电网输入信号e进行90度的移相运算。

5.根据权利要求4所述的电网电压正序、负序分量的提取方法，其特征在于，所述电网电压的正序分量

和负序分量

具体为：

$V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}};$

$V_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}}^{+}=\left[\begin{array}{cc}1/2& -q/2\\ q/2& 1/2\end{array}\right]e_{\mathrm{\α}\mathrm{\β}},$

其中，e_αβ表示两相静止坐标系下的电网电压向量。

6.一种电网电压正序、负序分量的提取系统，其特征在于，包括转换模块、第一计算模块、第二计算模块和控制模块，其中：

所述转换模块，用于将三相电网的第一相位电压e_a、第二相位电压e_b、第三相位电压e_c转换为两相静止坐标系下的电压：α相电压e_α、β相电压e_β；

所述第一计算模块，用于分别对所述e_α、e_β进行两次双阶广义积分处理，得到不包含电网电压直流分量的电网电压的α轴正序分量β轴正序分量

α轴负序分量

以及β轴负序分量

的表达式；

所述第二计算模块，用于基于所述电网电压的α轴正序分量β轴正序分量α轴负序分量

以及β轴负序分量的表达式，分析、计算出电网电压的正序分量和负序分量

所述控制模块，用于依据所述电网电压的正序分量

和负序分量

对电网电压不平衡时并网逆变器进行控制。

7.根据权利要求6所述的电网电压正序、负序分量的提取系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：

第一积分模块，用于对e_α进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_α和qV_α1，其中，V_α是与e_α的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1是与e_α的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_α1含有电网电压直流分量；

第二积分模块，用于对qV_α1进行双阶广义积分得到与qV_α1同相的正弦信号qV_α；

第三积分模块，用于对e_β进行双阶广义积分得到相位相差90度的正弦信号V_β和qV_β1，其中，V_β是与e_β的基波相位、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1是与输入电网电压e_β的基波相位相差90度、幅值和频率相同的正弦信号，qV_β1含有电网电压直流分量；

第四积分模块，用于对qV_β1进行双阶广义积分得到与qV_β1同相的正弦信号qV_β。

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