CN105891632A - 一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法。一是采用基于二阶滤波器和陷波器增加对噪音的衰减速度从而极大的提高系统截止频率，减小检测相移和改善系统动态响应速度。二是通过SOGI‑PLL来动态调整参考频率和滤波器参数，从而满足对电网频率大范围变化的检测要求。与现有的单相同步信号检测技术比较，新方法在结构和参数设计上大大简化，理论和实验表明本发明同步信号检测方法在电网各种工况下均有满意的检测精度和动态响应。

Description

一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法

技术领域

本发明涉及一种同步信号检测方法，具体涉及一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法。

背景技术

近年来以光伏、风能为代表的新能源的发展，使得并网逆变器的应用越来越广泛。如何准确、快速的获取电网同步信号对于并网逆变器实现高功率、高质量和稳定并网至关重要。电网的恶劣工况主要包括电压幅值突变、相位突变、频率突变以及谐波。目前获取电网同步信号算法主要包括开环和闭环两大类。开环同步检测算法用得较多的是基于静止两相坐标的同步信号检测技术，结构简单、响应快速。但在构造正交方法在时延、精度或是在抗干扰性方面都存在缺陷需要额外环节来修正处理。这类算法的另一个重要的问题就是如何增强算法在非理想电网中的抗扰性问题。在电网含高次谐波的情况下需要设计合适的滤波器来对基波和高次谐波进行解耦，增加系统复杂度。基于同步旋转坐标系的锁相环(synchronous rotating frame PLL，SRF-PLL)是最常用的同步信号检测技术。其实质是一个相位闭环系统，在电网条件理想的情况下这种方法能准确检测同步信号，但在非理想条件下却需要靠降低滤波器带宽来抑制由电网畸变引起的干扰，影响检测的动态响应。

本发明提出基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法。一是采用基于二阶滤波器和陷波器增加对噪音的衰减速度从而极大的提高系统截止频率，减小检测相移和改善系统动态响应速度。二是通过SOGI-PLL来动态调整参考频率和滤波器参数，从而满足对电网频率大范围变化的检测要求。与现有的单相同步信号检测技术比较，新方法在结构和参数设计上大大简化，理论和实验表明本发明同步信号检测方法在电网各种工况下均有满意的检测精度和动态响应。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法，以提高单相同步信号检测的精度和动态响应。

本发明的目的是通过如下手段实现的。

一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法，包括以下步骤：

1)采集电网电压信号，将电网侧的电压转换为较低的电压并经控制系统的AD转换后送入DSP中。

2)DSP将1)所得电网电压u(t)经过广义二阶积分-锁频环得到电网电压的实际角频率ω₀。

3)DSP将2)所得电网电压的实际角频率ω₀经参考信号发生器产生参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)和参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)。

4)DSP将1)所得电网电压u(t)与3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)相乘，并经自适应二阶低通陷波器得到第一中间信号U_sin′。

5)DSP将1)所得电网电压u(t)与3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)相乘，并经自适应二阶低通陷波器得到第二中间信号U_cos′。

6)DSP将3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)与4)所得第一中间信号U_sin′相乘生成的 信号和3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)与5)所得第二中间信号U_cos′相乘生成的信号相加得到第三中间信号U_a。

7)DSP将3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)与4)所得第一中间信号U_sin′相乘生成的信号和3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)与5)所得第二中间信号U_cos′相乘生成的信号相减得到第四中间信号U_b。

8)DSP将6)所得第三中间信号U_a与7)所得第四中间信号U_b求平方和，再进行开方运算得到电网基波幅值信号A₁。

9)DSP将6)所得第三中间信号U_a与8)所得电网基波幅值信号A₁相除得到电网基波同步正弦信号sin(ω₁t+φ₀)。

10)DSP将7)所得第三中间信号U_b与8)所得电网基波幅值信号A₁相除得到电网基波同步余弦信号cos(ω₁t+φ₀)。

进一步，所述二阶低通陷波器的传递函数表示为：

其中，ω_c、Q分别表示二阶低通陷波器中二阶低通滤波分量的截止频率和品质因数，k、K_s分别表示二阶低通陷波器中二阶低通滤波器陷波分量的陷波频点个数和陷波强度系数。

本发明的优点在于：本发明提出基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法。一是采用基于二阶滤波器和陷波器增加对噪音的衰减速度从而极大的提高系统截止频率，减小检测相移和改善系统动态响应速度。二是通过SOGI-PLL来动态调整参考频率和滤波器参数，从而满足对电网频率大范围变化的检测要求。与现有的单相同步信号检测技术比较，新方法在结构和参数设计上大大简化，理论和实验表明本发明同步信号检测方法在电网各种工况下均有满意的检测精度和动态响应。

附图说明

图1是检测方法原理图；

图2是二阶低通陷波器结构图；

图3是不同K_s系数下二阶低通陷波器波特图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步的说明：

1.基本原理

基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法。一是采用基于二阶滤波器和陷波器增加对噪音的衰减速度从而极大的提高系统截止频率，减小检测相移和改善系统动态响应速度。二是通过SOGI-PLL来动态调整参考频率和滤波器参数，从而满足对电网频率大范围变化的检测要求。与现有的单相同步信号检测技术比较，新方法在结构和参数设计上大大简化，理论和实验表明本发明同步信号检测方法在电网各种工况下均有满意的检测精度和动态响应。

2.实现过程

参见附图1，基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法实现过程包括如下环节：

1)采集电网电压信号，将电网侧的电压转换为较低的电压并经控制系统的AD转换后送入DSP中。

2)DSP将1)所得电网电压u(t)经过广义二阶积分-锁频环得到电网电压的实际角频率ω₀。

3)DSP将2)所得电网电压的实际角频率ω₀经参考信号发生器产生参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)和参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)。

4)DSP将1)所得电网电压u(t)与3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)相乘，并经自适应二阶低通陷波器得到第一中间信号U_sin′。

5)DSP将1)所得电网电压u(t)与3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)相乘，并经自适应二阶低通陷波器得到第二中间信号U_cos′。

6)DSP将3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)与4)所得第一中间信号U_sin′相乘生成的信号和3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)与5)所得第二中间信号U_cos′相乘生成的信号相加得到第三中间信号U_a。

7)DSP将3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)与4)所得第一中间信号U_sin′相乘生成的信号和3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)与5)所得第二中间信号U_cos′相乘生成的信号相减得到第四中间信号U_b。

8)DSP将6)所得第三中间信号U_a与7)所得第四中间信号U_b求平方和，再进行开方运算得到电网基波幅值信号A₁。

9)DSP将6)所得第三中间信号U_a与8)所得电网基波幅值信号A₁相除得到电网基波同步正弦信号sin(ω₁t+φ₀)。

10)DSP将7)所得第三中间信号U_b与8)所得电网基波幅值信号A₁相除得到电网基波同步余弦信号cos(ω₁t+φ₀)。

参见附图2，可以看出二阶低通陷波器除了具有二阶低通滤波器特性之外，还在ω的整数倍处附加陷波器特性来极大的衰减高频频率分量，从而可以将二阶低通滤波器截止频率设置得较高。参数K_s用于调节陷波器支路负反馈强度，

参见附图3，可以看出当K_s较大时陷波频点带宽较大，反之越小。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对其进行的关于形式和细节的种种显而易见的修改或变化均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)采集电网电压信号，将电网侧的电压转换为较低的电压并经控制系统的AD转换后送入DSP中。

2)DSP将1)所得电网电压u(t)经过广义二阶积分-锁频环得到电网电压的实际角频率ω₀。

3)DSP将2)所得电网电压的实际角频率ω₀经参考信号发生器产生参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)和参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)。

4)DSP将1)所得电网电压u(t)与3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)相乘，并经自适应二阶低通陷波器得到第一中间信号U_sin′。

5)DSP将1)所得电网电压u(t)与3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)相乘，并经自适应二阶低通陷波器得到第二中间信号U_cos′。

6)DSP将3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)与4)所得第一中间信号U_sin′相乘生成的信号和3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)与5)所得第二中间信号U_cos′相乘生成的信号相加得到第三中间信号U_a。

7)DSP将3)所得参考余弦信号cos(ω₀t+φ₀)与4)所得第一中间信号U_sin′相乘生成的信号和3)所得参考正弦信号sin(ω₀t+φ₀)与5)所得第二中间信号U_cos′相乘生成的信号相减得到第四中间信号U_b。

8)DSP将6)所得第三中间信号U_a与7)所得第四中间信号U_b求平方和，再进行开方运算得到电网基波幅值信号A₁。

9)DSP将6)所得第三中间信号U_a与8)所得电网基波幅值信号A₁相除得到电网基波同步正弦信号sin(ω₁t+φ₀)。

10)DSP将7)所得第三中间信号U_b与8)所得电网基波幅值信号A₁相除得到电网基波同步余弦信号cos(ω₁t+φ₀)。

2.一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法，其特征在于：滤波器采用基于二阶滤波器和陷波器增加对噪音的衰减速度从而极大的提高系统截止频率，减小检测相移和改善系统动态响应速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于二阶低通陷波器的同步信号检测方法，其特征在于：所述二阶低通陷波器的传递函数表示为：

其中，ω_c、Q分别表示二阶低通陷波器中二阶低通滤波分量的截止频率和品质因数，k、K_s分别表示二阶低通陷波器中二阶低通滤波器陷波分量的陷波频点个数和陷波强度系数。