CN103593573B - 基波正序电压提取与锁相的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基波正序电压提取与锁相的方法，其主要包括以下步骤：S1、将三相电网电压转换至α，β两相静止坐标系；S2、对两相电网电压α，β分量进行第一次数学变换；S3、对经过第一次数学变换的两相电网电压α，β分量进行第二次数学变换，并得到基波正序电压；S4、在基波正序电压得出的基础上，运用理想电网锁相算法跟踪电网电压同步相位。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网电压不平衡且畸变状态下基波正序电压提取与锁相的方法。
背景技术
三相PWM整流器在电气传动、有源功率因数矫正，风能、太阳能发电、微网发电等领域得到了广泛的应用。动态准确的获取电网电压同步相位，对三相PWM整流器的正常控制运行具有至关重要的作用。当电网发生故障时，会直接影响电网电压同步相位的检测，进而影响三相PWM整流器的正常工作。因此，在电网发生不平衡或谐波畸变状态下对电网基波正序电压的提取，进而准确、快速的获得电网电压同步相位的锁相环技术(Phase-Locked-Loop,PLL)，是三相PWM整流器运行控制的前提和关键技术。
硬件锁相环采用鉴相器进行电压过零检测的方法进行锁相，存在动态响应慢，可靠性低的缺点。传统软件锁相技术，在理想电网状态下能够得到很好的效果，但电网不平衡或畸变时，由于负序分量和谐波的存在，将不能够有效跟踪电网电压相位。采用正反旋转双d、q坐标变换，可以在电网不平衡状态下，提取电压正序分量，进而得到电网同步相位，但该方法需要进行双d、q变换，算法复杂，且只能够提取电压正序分量，无法消除电网谐波分量。
也有方法对电网电压进行一次d、q变换，再采用低通滤波器消除负序及谐波电压，得到电网电压相位信息，但低通滤波器的使用会增加控制系统延时，降低相位跟踪动态及准确性。另外，有人提出构造微分方程的方法在电网不平衡且畸变状态下，提取基波正序电压进行锁相，但微分量会放大系统谐波分量，降低系统稳定性。也可以运用滑动快速傅里叶变换提取基波正序电压，但该方法需要进行大量运算，增加控制系统复杂度。
有鉴于此，有必要对现有的基波正序电压提取与锁相的方法予以改进，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基波正序电压提取与锁相的新方法，该新方法在整个过程中没有采用任何滤波器，有效降低了系统延时，并且无需构造微分方程或进行傅里叶分解，减小了系统复杂度，增强了系统可靠性。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种基波正序电压提取与锁相的方法，适用于三相电网电压，所述基波正序电压提取与锁相的方法主要包括以下步骤：
S1、将三相电网电压转换至α，β两相静止坐标系；
S2、对两相电网电压α，β分量进行第一次数学变换；
S3、对经过第一次数学变换的两相电网电压α，β分量进行第二次数学变换，并得到基波正序电压；
S4、在基波正序电压得出的基础上，运用理想电网锁相算法跟踪电网电压同步相位。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中的第一次数学变换方程为其中， XαT，XβT为第一次数学变换后的α，β轴分量，Xα，Xβ为第一次数学变换前的α，β轴分量，Xα-60，Xβ-60分别为第一次数学变换前滞后60°的α，β轴分量，Xα+60，Xβ+60分别为第一次数学变换前超前60°的α，β轴分量。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中的第二次数学变换方程为其中，XαT，XβT为经过第一次数学变换后的α，β轴分量，XαT+90，XβT+90分别为经过第一次数学变换后超前90°的α，β轴分量，XαT2，XβT2为经过第二次数学变换后的α，β轴分量。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中，在α，β两相静止坐标系下，电网电压矢量与锁相环输出电压矢量重合时，锁相环完成锁相。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S401、将α，β两相静止坐标系下的两相电网电压变换到d，q两相旋转坐标系；
S402、计算电网相位角的相位差。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S402中电网相位角的相位差等效为两相电网电压的q轴分量。
作为本发明的进一步改进，理想电网状态下，两相电网电压在d，q两相旋转坐标系下的电压分量均为直流量。
本发明的有益效果是：本发明的基波正序电压提取与锁相的方法先通过两次简单的数学变换即可得到基波正序电压，然后再在基波正序电压得出的基础上，运用理想电网锁相算法跟踪电网电压同步相位，整个过程中没有采用任何滤波器，有效降低了系统延时，并且无需构造微分方程或进行傅里叶分解，减小了系统复杂度，增强了系统可靠性。
附图说明
图1是在α，β两相静止坐标系下的电网电压矢量图。
图2是在电网电压不平衡且畸变状态下，基波正序电压提取与锁相的控制框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1与图2所示，本发明的基波正序电压提取与锁相的方法适用于电网电压不平衡且畸变状态下的三相电网电压。所述基波正序电压提取与锁相的方法主要包括以下步骤：
S1、将三相电网电压转换至α，β两相静止坐标系；
S2、对两相电网电压α，β分量进行第一次数学变换；
S3、对经过第一次数学变换的两相电网电压α，β分量进行第二次数学变换，以消除电压负序及谐波分量，并得到基波正序电压；
S4、在基波正序电压得出的基础上，运用理想电网锁相算法跟踪电网电压同步相位。
本实施方式中，所述步骤S4具体包括以下步骤：
S401、将α，β两相静止坐标系下的两相电网电压变换到d，q两相旋转坐标系；
S402、计算电网相位角的相位差。
步骤S4中理想电网锁相算法的运用原理是：在α，β两相静止坐标系下，电网电压矢量图如图1所示。图中U为电网电压矢量，UPLL为锁相环输出电压矢量，当锁相环完成锁相时，U与UPLL将重合，即相位偏差角度φ-θ＝0。
在步骤S1中，取Uα，Uβ分别为三相电网电压在α，β两相静止坐标系下的α，β分量。从而在步骤S401中，将α，β两相静止坐标系下的两相电网电压变换到d，q两相旋转坐标系，可得：
因此，相位角度偏差可用下式表示：
φ-θ≈sin(φ-θ)
≈Uβcosθ-Uαsinθ＝Uq （2）
可以看出，步骤S402中电网相位角的相位差等效为两相电网电压q轴分量Uq。当Uq为0时，电网相位角的相位差为0，即PLL完成锁相过程。理想电网状态下，两相电网电压在d，q两相旋转坐标系下的电压分量Ud，Uq均为直流量，可以通过PI调节器，将Uq调节为0，实现对两相电网电压的相位跟踪。
在电网不平衡或存在低次谐波干扰时，电网电压会产生正序、负序、零序分量，而三相PWM整流器采用三相三线制，只考虑正、负序分量，忽略零序分量的影响。电网电压主要存在低次奇次谐波，会导致电网电压畸变。电网不平衡且畸变时，三相电网电压正序、负序分量分别为：
其中和分别为不平衡的三相电网电压正、负序分量，初始相位角为0，Um为电网电压幅值，k为正整数。将式（3），式（4）带入式（1）中，可得α，β两相静止坐标系下电网电压正、负序分量：
本发明中，步骤S2中的第一次数学变换方程为：
其中：XαT，XβT为第一次数学变换后的α，β轴分量，Xα，Xβ为第一次数学变换前的α，β轴分量，Xα-60，Xβ-60分别为第一次数学变换前滞后60°的α，β轴分量，Xα+60，Xβ+60分别为第一次数学变换前超前60°的α，β轴分量。
将式（5）带入式（7）可得：
将式（6）带入式（7）可得：
当k＝3n+1,n＝0,1,2,3...时，
当k＝3n+2,n＝0,1,2,3...时，
当k＝3n+3,n＝0,1,2,3...时，
根据式（12）-（18），α，β两相静止坐标系下电网电压按照式（7）进行第一次数学变换后，并不能够消除所有谐波及负序分量。为了当电网电压不平衡且畸变时，能够有效提取基波正序电压，需要对结果进行第二次数学变换。
本发明中，所述步骤S3中的第二次数学变换方程为：
其中，XαT，XβT为经过第一次数学变换后的α，β轴分量，XαT+90，XβT+90分别为经过第一次数学变换后超前90°的α，β轴分量，XαT2，XβT2为经过第二次数学变换后的α，β轴分量。
很显然，当k＝3n+1,n＝0,1,2,3...时，将式（12）带入式（19）中，可得：
当k＝3n+2,n＝0,1,2,3...时，将式（13）-（15）带入式（19）中，可得：
当k＝3n+3,n＝0,1,2,3...时，将式（16）-（18）带入式（19）中，可得：
根据式（20）-（26），α，β两相静止坐标系下电网电压经过式（7），式（19）两次数学变换，可以消除电压负序及谐波分量，得到基波正序电压分量。再结合理想电网锁相算法，利用提取出的基波正序电压分量进行锁相计算，可以实现在电网电压不平衡且畸变状态下有效跟踪电网电压同步相位，控制框图如图2所示。
综上所述，本发明的基波正序电压提取与锁相的方法先通过两次简单的数学变换即可得到基波正序电压，然后再在基波正序电压得出的基础上，运用理想电网锁相算法跟踪电网电压同步相位，整个过程中没有采用任何滤波器，有效降低了系统延时，并且无需构造微分方程或进行傅里叶分解，减小了系统复杂度，增强了系统可靠性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种基波正序电压提取与锁相的方法，适用于三相电网电压，其特征在于，所述基波正序电压提取与锁相的方法主要包括以下步骤：
S1、将三相电网电压转换至α，β两相静止坐标系；
S2、对两相电网电压α，β分量进行第一次数学变换；
S3、对经过第一次数学变换的两相电网电压α，β分量进行第二次数学变换，并得到基波正序电压；
S4、在基波正序电压得出的基础上，运用理想电网锁相算法跟踪电网电压同步相位；
所述步骤S2中的第一次数学变换方程为其中， XαT，XβT为第一次数学变换后的α，β轴分量，Xα，Xβ为第一次数学变换前的α，β轴分量，Xα-60，Xβ-60分别为第一次数学变换前滞后60°的α，β轴分量，Xα+60，Xβ+60分别为第一次数学变换前超前60°的α，β轴分量；
所述步骤S3中的第二次数学变换方程为其中，XαT+90，XβT+90分别为经过第一次数学变换后超前90°的α，β轴分量，XαT2，XβT2为经过第二次数学变换后的α，β轴分量。
2.根据权利要求1所述的基波正序电压提取与锁相的方法，其特征在于：所述步骤S4中，在α，β两相静止坐标系下，电网电压矢量与锁相环输出电压矢量重合时，锁相环完成锁相。
3.根据权利要求1所述的基波正序电压提取与锁相的方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下步骤：
S401、将α，β两相静止坐标系下的两相电网电压变换到d，q两相旋转坐标系；
S402、计算电网相位角的相位差。
4.根据权利要求3所述的基波正序电压提取与锁相的方法，其特征在于：所述步骤S402中电网相位角的相位差等效为两相电网电压的q轴分量。
5.根据权利要求3所述的基波正序电压提取与锁相的方法，其特征在于：理想电网状态下，两相电网电压在d，q两相旋转坐标系下的电压分量均为直流量。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
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| Positive- and Negative-Sequence Control of Grid-Connected Photovoltaic Systems under Unbalanced Voltage Conditions;Mitra Mirhosseini等;《Proc. Australasina Universities Power Engineering Conference》;20131003;第1-6页 * |
| 电网电压不平衡下电压同步信号的检测;陈益广等;《电力系统及其自动化学报》;20130630;第25卷(第3期);第98-102页 * |
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