CN106291246B

CN106291246B - 一种les双模快速电网基波幅值检测方法及双模检测器

Info

Publication number: CN106291246B
Application number: CN201610736399.9A
Authority: CN
Inventors: 赵家欣; 侯立军; 问虎龙; 谷兴华; 赵耀
Original assignee: Renergy Electric Tianjin Ltd
Current assignee: TIANJIN RUIYUAN ELECTRICAL Co.,Ltd.
Priority date: 2016-08-26
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: CN106291246A

Abstract

本发明提供了一种LES双模快速电网基波幅值检测方法，包括如下步骤：S1，建立LES滤波器通用模型；S2，通过设计不同的实际采样次数N和采样周期Ts，建立快速、慢速两组LES滤波器；S3，将某相电网电压信号分别送入快速LES滤波器和慢速LES滤波器中，求出一个快速LES检测值和一个慢速LES检测值；S4，求出快速、慢速LES检测值的差值的绝对值；S5，将绝对值送入滞环比较器，若大于滞环上限，则将快速LES检测值作为终值输出；若小于滞环下限，则将慢速LES检测值作为终值输出。本发明双模型电网基波幅值检测方法，使电网基波幅值检测时间小于四分之一周波，同时有效抑制低次谐波对检测精度的影响，提升稳态检测精度。

Description

一种LES双模快速电网基波幅值检测方法及双模检测器

技术领域

本发明属于电网基波幅值检测技术领域，尤其是涉及一种LES双模快速电网基波幅值检测方法及双模检测器。

背景技术

动态电压恢复器、光伏逆变器、风电变流器、储能逆变器等电力电子变换设备均需实时检测电网基波幅值，以便快速调整控制模式或控制参数，使变流产品保持优质输出性能。现有的传统检测方法速度较慢，至少需要半个电网周波(10ms)，无法满足高性能变换器控制策略的需求。

LES滤波器(也称最小方差滤波器)作为一种新型基波幅值检测方法，在理论上可在两个采样周期内完成交流信号的基波幅值检测，然而，实际中电网存在一定谐波干扰，严重影响了LES的检测精度。为了减小电网低次谐波对检测精度的影响，只能牺牲LES的检测速度，工业中根据实际电网情况，一般将LES的检测速度设置在四分之一到半电网周波内(5～10ms)。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种LES双模快速电网基波幅值检测方法，以有效减小电网基波幅值检测时间，同时有效抑制低次谐波对检测精度的影响。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种LES双模快速电网基波幅值检测方法，包括如下步骤：

S1，建立LES滤波器通用模型；

S2，通过设计不同的实际采样次数N和采样周期Ts，建立快速、慢速两组LES滤波器；

S3，将某相电网电压信号分别送入快速LES滤波器和慢速LES滤波器中，求出一个快速LES检测值和一个慢速LES检测值；

S4，求出快速、慢速LES检测值的差值的绝对值；

S5，将绝对值送入滞环比较器，若大于滞环上限，则将快速LES检测值作为终值输出；若小于滞环下限，则将慢速LES检测值作为终值输出。

优选的，所述步骤S1中建立LES滤波器通用模型的方法包括如下步骤：

S11，建立一个长度为N+1的用以保留电网电压u(t)每次采样的瞬时值的采样窗，其中，N是一个自然数，表示实际采样次数；通过采样窗可得U矩阵，如下：

U＝[u(t₀)u(t₀-T_s)u(t₀-2T_s)...u(t₀-NT_s)]^T (1)

式中，Ts表示采样周期；t₀表示初次采样时间，一般设t₀＝0；上标T表示矩阵的转置；

S12，建立原始系数矩阵A，并根据A计算系数矩阵C，其中

式中，ω＝100π，为电网电压基波角频率；

C＝(A^TA)^-1A^T (3)

式中，上标-1表示矩阵的逆；

S13，计算电网基波幅值，

根据U矩阵和C矩阵，计算X矩阵为：

X＝CU (4)

计算所得的X矩阵，X＝[X1,X2]^T,X1和X2为X矩阵中的元素，由此得出电网基波幅值Vm为

优选的，所述步骤S2包括如下步骤：

S21，设计N和Ts的理论最值：

若使X矩阵有唯一解，则需A矩阵的行数大于X矩阵的行数，因此N存在最小值，即N≥1；若实现对基波频率的完整复现，则采样频率至少为基波频率的2倍，一般工程上取10倍以上，因此Ts存在最大值，即Ts≤1/(500Hz)＝2ms；

S22，根据期望响应时间，设计快速LES滤波器的参数；将LES滤波器近似等效为一阶低通滤波器，则响应时间近似为(N+1)Ts，为保证基波幅值检测的快速性，要求响应时间小于等于四分之一电网周期，即≤5ms，因此得出

(N+1)T_s≤0.005 (6)

S23，根据期望截止频率，设计慢速LES滤波器的参数；将LES滤波器近似等效为一阶低通滤波器，则截至频率近似为1/[(N+1)Ts]，为保证基波幅值检测的抗谐波扰动性，要求截止频率小于等于基波频率，即≤50Hz，因此得出

S24，根据数字处理器DSP芯片的实际采样周期Ts，计算快速、慢速LES滤波器的N值，在实际应用中，Ts由数字处理器DSP的采样周期决定，往往设为某一固定值；因此将实际Ts值代入式(6)，并取不等式上限，得出快速LES滤波器的N值；将实际Ts值代入式(7)，并取不等式下限，得出慢速LES滤波器的N值；设计所得N和Ts值必须满足本步骤S21的理论最值约束条件，即：N≥1且Ts≤2ms，否则设计结果按理论最值极限选取。

优选的，所述滞环下限值设为接近0的值，滞环上限值设为三倍的检测误差值。

相对于现有技术，本发明所述检测方法具有以下优势：

(1)本发明提出一种双模型电网基波幅值检测方法，使电网基波幅值检测时间小于四分之一周波(＜5ms)，同时有效抑制低次谐波对检测精度的影响，提升稳态检测精度。

(2)本发明在基础模型设计中，选用最小方差滤波器(LES滤波器)，提出滤波参数的设计方法与优化原则，进一步提高了检测速度。

本发明的另一目的在于提出一种根据上述的LES双模快速电网基波幅值检测方法设计的双模检测器，以提高检测速度，而且可有效抑制电网谐波干扰。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双模检测器，包括快速LES滤波器、慢速LES滤波器、绝对值计算单元、滞环比较器和二选一数据选择器，所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器的输入端用于连接电网的某相电压，输出端同时连接绝对值计算单元和二选一数据选择器的输入端，所述绝对值计算单元的输出端连接滞环比较器的输入端，滞环比较器的输出端连接二选一数据选择器的控制端。

优选的，通过数字处理器DSP嵌入所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器。

所述双模检测器与上述检测方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述双模检测器的原理图；

图2为本发明实施例所述实际电网某相电压的谐波分析图；

图3为本发明实施例所述检测方法的检测效果波形图，其中，中间的正弦波为实际电网电压，连接正弦波的波峰处的曲线为基波幅值检测结果。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明根据上述的LES双模快速电网基波幅值检测方法设计的双模检测器的一实施例，如图1所示，包括快速LES滤波器、慢速LES滤波器、绝对值计算单元、滞环比较器和二选一数据选择器，所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器的输入端用于连接电网的某相电压，输出端同时连接绝对值计算单元和二选一数据选择器的输入端，所述绝对值计算单元的输出端连接滞环比较器的输入端，滞环比较器的输出端连接二选一数据选择器的控制端。通过数字处理器DSP嵌入所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器。

按照上述步骤S1、S2设计所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器的参数。

本发明的一实施例，选择的数字处理器DSP的实际控制频率为1.25kHz，则相应实际采样周期T_s＝1/1.25kHz＝0.0008s，将T_s代入上述式(6)计算并取不等式上限值得N＝5；将T_s代入式(7)计算并取不等式下限值得N＝24；从而获得快速LES滤波器和慢速LES滤波器的采样次数N和采样周期Ts；

将T_s＝0.0008s,N＝5代入式(2)计算A矩阵，并根据式(3)计算C矩阵可得快速LES滤波器的系数；

同理，将T_s＝0.0008s,N＝24代入式(2)计算A矩阵，并根据式(3)计算C矩阵可得慢速LES滤波器的系数；

根据公式(1)建立采样窗，并根据公式(4)和公式(5)进行计算可分别得出快、慢速LES滤波器的输出值。

将某相电网电压信号分别送入快速LES滤波器和慢速LES滤波器中，求出一个快速LES检测值和一个慢速LES检测值；

再求出快、慢速LES检测值差值的绝对值；

之后，将差值的绝对值送入滞环比较器，若大于滞环上限，则将快速LES检测值作为终值输出；若小于滞环下限，则将慢速LES检测值作为终值输出；

其中，一般滞环下限值设为接近于0的值，滞环上限值设为三倍的检测误差值。本实施例：电网电压幅值为1000V，检测精度要求1％时，滞环下限值可设为5V；考虑到滞环上限可设为3×1000×1％＝30V。

如图2和图3所示，由图2可以看出，实际电网含有大量谐波；由图3可见，当采用本技术方案对实际电网进行基波幅值检测时，不仅可实现快速检测，而且有效抑制谐波扰动，检测精度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种LES双模快速电网基波幅值检测方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，建立LES滤波器通用模型；

S4，求出快速、慢速LES检测值的差值的绝对值；

2.根据权利要求1所述的LES双模快速电网基波幅值检测方法，其特征在于：所述步骤S1中建立LES滤波器通用模型的方法包括如下步骤：

S11，建立一个长度为N+1的用以保留电网电压u(t)每次采样的瞬时值的采样窗，通过采样窗可得U矩阵，如下：

U＝[u(t₀) u(t₀-T_s) u(t₀-2T_s) ... u(t₀-NT_s)]^T (1)

式中，t₀表示初次采样时间，上标T表示矩阵的转置；

S12，建立原始系数矩阵A，并根据A计算系数矩阵C，其中

式中，ω＝100π，为电网电压基波角频率；

C＝(A^TA)-¹A^T (3)

式中，上标-1表示矩阵的逆；

S13，计算电网基波幅值，

根据U矩阵和C矩阵，计算X矩阵为：

X＝CU (4)

3.根据权利要求1所述的LES双模快速电网基波幅值检测方法，其特征在于：所述步骤S2包括如下步骤：

S21，设计N和Ts的理论最值，获得约束条件：

N≥1,且Ts≤1/(500Hz)＝2ms；

S22，根据期望响应时间，设计快速LES滤波器的参数，得出：

(N+1)T_s≤0.005 (6)

S23，根据期望截止频率，设计慢速LES滤波器的参数，得出

S24，根据数字处理器DSP芯片的实际采样周期Ts，将实际采样周期Ts值代入式(6)，并取不等式上限，得出快速LES滤波器的N值；

将实际采样周期Ts值代入式(7)，并取不等式下限，得出慢速LES滤波器的N值；且N和Ts值必须满足步骤S21最值约束条件，即：N≥1且Ts≤2ms，否则设计结果按理论最值极限选取。

4.根据权利要求1所述的LES双模快速电网基波幅值检测方法，其特征在于：所述滞环下限值设为接近0的值，滞环上限值设为三倍的检测误差值。

5.根据权利要求1至4任一所述的LES双模快速电网基波幅值检测方法设计的双模检测器，其特征在于：包括快速LES滤波器、慢速LES滤波器、绝对值计算单元、滞环比较器和二选一数据选择器，所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器的输入端用于连接电网的某相电压，输出端同时连接绝对值计算单元和二选一数据选择器的输入端，所述绝对值计算单元的输出端连接滞环比较器的输入端，滞环比较器的输出端连接二选一数据选择器的控制端。

6.根据权利要求5所述的双模检测器，其特征在于：通过数字处理器DSP嵌入所述快速LES滤波器和慢速LES滤波器。