CN107798162B - 一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法及装置 - Google Patents

一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力电网技术领域，公开了一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法及装置，将采集的电网电压信号进行Clark变换，基于变换得到的信号建立Marino‑Tomei观测器，观测电网频率和中间变量，进而计算正序电压分量和负序电压分量，并估计网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角。所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括：采集电网三相电压；进行Clarke变换；得到电网电压；构建观测器；进行变量代换；计算电网的正序电压分量与负序电压分量；计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角。本发明的动态响应速度快，且能够实现全局渐进收敛，在电网频率变化的情况下，具有优良的稳态精度。

Description

一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法及装置
技术领域
本发明属于电力电网技术领域，尤其涉及一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法及装置。
背景技术
在电网技术中，为了实现电网同步，需要根据测量的电网电压大小估计出电网中的正序电压分量和负序电压分量的真实值。现有电网正序电压分量与负序电压分量估计方法主要通过锁相环实现，如《基于同步参考坐标系的三相数字锁相环》提出的三相数字锁相环和《基于特定谐波消除的并网锁相环技术》提出的基于傅里叶分析的锁相环均能实现正序电压分量和负序电压分量估计，然而由于锁相环中运用线性化技术，导致锁相环响应速度慢，且仅能实现局部渐进收敛。因而，当电网发生频率突变故障时，锁相环无法快速精确估计电网正序电压分量与负序电压分量。从而影响电网后续控制器控制效果。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有电网正序电压分量与负序电压分量估计方法存在响应速度慢，且仅能实现局部渐进收敛。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法及装置。
本发明是这样实现的，一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法，所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括：将采集的电网电压信号进行Clark变换，基于变换得到的信号建立Marino-Tomei观测器，观测电网频率和中间变量，进而计算正序电压分量和负序电压分量，并估计网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角。
进一步，所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括以下步骤：
步骤一，采集电网三相电压；
步骤二，进行Clarke变换；得到电网电压；
步骤三，构建观测器；
步骤四，进行变量代换；
步骤五，计算电网的正序电压分量与负序电压分量；
步骤六，计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角。
进一步，所述步骤二中进行Clarke变换：
Figure BDA0001398053650000021
得到αβ坐标系下的电网电压uα，uβ。
进一步，所述步骤三中构建观测器：
Figure BDA0001398053650000022
和
Figure BDA0001398053650000023
其中，ζα、
Figure BDA0001398053650000024
是观测器系统状态变量，λα、 Lα、γα、λβ、Lβ、γβ是选取的观测器系数，其选取方法为λα＞0、γα＞0、λβ＞0、γβ＞0、Lα＞1/4λα、Lβ＞1/4λβ。
进一步，所述步骤四中进行变量代换：
Figure BDA0001398053650000025
和
Figure BDA0001398053650000026
其中，
Figure BDA0001398053650000027
是估计方法的中间变量，
Figure BDA0001398053650000028
是电网频率的估计值。
进一步，所述步骤五中计算电网的正序电压分量与负序电压分量：
Figure BDA0001398053650000031
Figure BDA0001398053650000032
其中，
Figure BDA0001398053650000033
是αβ坐标系下电网正序电压分量的估计值，
Figure BDA0001398053650000034
是αβ坐标系下电网负序电压分量的估计值。
进一步，所述步骤六中计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角：
Figure BDA0001398053650000035
Figure BDA0001398053650000036
其中，
Figure BDA0001398053650000037
是估计的电网正序电压分量的幅值，
Figure BDA0001398053650000038
估计的电网负序电压分量的幅值，
Figure BDA0001398053650000039
估计的电网正序电压分量的相角，
Figure BDA00013980536500000310
估计的电网负序电压分量的相角。
本发明的另一目的在于提供一种所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法的电网正序电压分量与负序电压分量估计装置，所述电网正序电压分量与负序电压分量估计装置包括：
三相电压传感器采集电网电压，采集到的信号经二阶滤波器、放大器、模数转换器；
正序电压分量与负序电压分量估计器对电网电压参数进行估计；
串口通信单元发出估计的电网正序电压分量与负序电压分量。
本发明的优点及积极效果为：提出电网正序电压分量与负序电压分量估计方法，并提出相应的硬件电路。本发明的动态响应速度快，且能够实现全局渐进收敛，在电网频率变化的情况下，具有优良的稳态精度，其稳态误差为零。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电网正序电压分量与负序电压分量估计方法流程图；
图2是本发明实施例提供的电网正序电压分量与负序电压分量估计装置结构示意图；
图3本发明实施例提供的电网正序电压分量与负序电压分量流程图。
图中：1、三相电压传感器；2、二阶滤波器；3、放大器；4、模数转换器； 5、正序电压分量与负序电压分量估计器；6、串口通信单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明动态响应速度快，且能够实现全局渐进收敛，在电网频率变化的情况下，具有优良的稳态精度。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括以下步骤：
S101：采集电网三相电压；
S102：进行Clarke变换；得到电网电压；
S103：构建观测器；
S104：进行变量代换；
S105：计算电网的正序电压分量与负序电压分量；
S106：计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图2所示，本发明实施例提供的电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括以下步骤：
第一步，采集电网三相电压ua，ub，uc，转到第二步；
第二步，进行Clarke变换：
Figure BDA0001398053650000051
得到αβ坐标系下的电网电压uα，uβ。转到第三步；
第三步，构建观测器：
Figure BDA0001398053650000052
和
Figure BDA0001398053650000053
其中，ζα、
Figure BDA0001398053650000054
是观测器系统状态变量，λα、 Lα、γα、λβ、Lβ、γβ是选取的观测器系数，其选取方法为λα＞0、γα＞0、λβ＞0、γβ＞0、Lα＞1/4λα、Lβ＞1/4λβ，转到第四步。
第四步，进行变量代换：
Figure BDA0001398053650000055
和
Figure BDA0001398053650000056
其中，
Figure BDA0001398053650000057
是估计方法的中间变量，
Figure BDA0001398053650000058
是电网频率的估计值，转到第五步；
第五步，计算电网的正序电压分量与负序电压分量：
Figure BDA0001398053650000059
Figure BDA00013980536500000510
其中，
Figure BDA00013980536500000511
是αβ坐标系下电网正序电压分量的估计值，
Figure BDA00013980536500000512
是αβ坐标系下电网负序电压分量的估计值。转到第六步；
第六步，计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角：
Figure BDA0001398053650000061
Figure BDA0001398053650000062
其中，
Figure BDA0001398053650000063
是估计的电网正序电压分量的幅值，
Figure BDA0001398053650000064
估计的电网负序电压分量的幅值，
Figure BDA0001398053650000065
估计的电网正序电压分量的相角，
Figure BDA0001398053650000066
估计的电网负序电压分量的相角。
图3本发明实施例提供的电网正序电压分量与负序电压分量估计装置包括三相电压传感器1、二阶滤波器2、放大器3、模数转换器4、正序电压分量与负序电压分量估计器5和串口通信单元6。
三相电压传感器1采集电网电压，采集到的信号经二阶滤波器2、放大器3、模数转换器4后；由正序电压分量与负序电压分量估计器5对电网电压参数进行估计，并有串口通信单元6发出所估计的电网正序电压分量与负序电压分量，正序电压分量与负序电压分量估计器5为DSP运行电网正序电压分量与负序电压分量估计方法构成。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电网正序电压分量与负序电压分量估计方法，其特征在于，所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括：将采集的电网电压信号进行Clark变换，基于变换得到的信号建立Marino-Tomei观测器，观测电网频率和中间变量，进而计算正序电压分量和负序电压分量，并估计电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角；
所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法包括以下步骤：
步骤一，采集电网三相电压；
步骤二，进行Clarke变换；得到电网电压；
步骤三，构建观测器；
Figure FDA0002790488350000011
和
Figure FDA0002790488350000012
其中，ζα、
Figure FDA0002790488350000013
ζβ、
Figure FDA0002790488350000014
是观测器系统状态变量，λα、Lα、γα、λβ、Lβ、γβ是选取的观测器系数，其选取方法为λα＞0、γα＞0、λβ＞0、γβ＞0、Lα＞1/4λα、Lβ＞1/4λβ；
步骤四，进行变量代换；
Figure FDA0002790488350000015
和
Figure FDA0002790488350000016
其中，
Figure FDA0002790488350000017
是估计方法的中间变量，
Figure FDA0002790488350000018
是电网频率的估计值；
步骤五，计算电网的正序电压分量与负序电压分量；
步骤六，计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角。
2.如权利要求1所述的电网正序电压分量与负序电压分量估计方法，其特征在于，进行Clarke变换：
Figure FDA0002790488350000021
得到αβ坐标系下的电网电压uα，uβ。
3.如权利要求1所述的电网正序电压分量与负序电压分量估计方法，其特征在于，计算电网的正序电压分量与负序电压分量：
Figure FDA0002790488350000022
Figure FDA0002790488350000023
其中，
Figure FDA0002790488350000024
是αβ坐标系下电网正序电压分量的估计值，
Figure FDA0002790488350000025
是αβ坐标系下电网负序电压分量的估计值。
4.如权利要求1所述的电网正序电压分量与负序电压分量估计方法，其特征在于，计算电网的正序电压分量与负序电压分量的幅值与相角：
Figure FDA0002790488350000026
Figure FDA0002790488350000027
其中，
Figure FDA0002790488350000028
是估计的电网正序电压分量的幅值，
Figure FDA0002790488350000029
估计的电网负序电压分量的幅值，
Figure FDA00027904883500000210
估计的电网正序电压分量的相角，
Figure FDA00027904883500000211
估计的电网负序电压分量的相角。
5.一种如权利要求1所述电网正序电压分量与负序电压分量估计方法的电网正序电压分量与负序电压分量估计装置，其特征在于，所述电网正序电压分量与负序电压分量估计装置包括：
三相电压传感器采集电网电压，采集到的信号经二阶滤波器、放大器、模数转换器；
正序电压分量与负序电压分量估计器对电网电压参数进行估计；
串口通信单元发出估计的电网正序电压分量与负序电压分量。
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