CN108445295A - 一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统及方法，系统包括并网逆变器、采样模块、控制模块以及PWM驱动模块，并网逆变器向电网中输出电流给定值；然后采样模块通过电压传感器和电流传感器采样网侧电压与电流；控制模块利用Goertzel算法对采样到的网侧电压与电流提取谐波分量信号；最后利用谐波分量信号对电网阻抗进行计算。准被动检测法是监测电网阻抗并在其发生较大变化时向电网中注入谐波来测量电网阻抗。此方法兼具精度较高和对系统扰动较小的优点。Goertzel算法能有效减少控制器计算量以及存储空间并降低代码复杂度，在只需要分析个别频率点的场合，Goertzel算法比FFT效率更高。

Description

一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统及方法
技术领域
本发明涉及分布式发电系统领域，具体涉及一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统及方法。
背景技术
分布式发电系统充分整合利用分散的资源按照用户需求就地生产并供应能量，具有多种功能，可满足多重目标的中小型电力转换利用系统。
电力系统的性能与电网阻抗密切相关，而电网阻抗随着时间和电网运行状态的变化而变化，因此电网阻抗的精确测量是实现电力系统在弱电网场合下高性能自适应控制的关键技术。
常规的电网阻抗测量方法有:
被动检测法是利用电网中已存在的谐波电压、谐波电流或频率的扰动来测量电网阻抗。但是其存在计算量偏大且精度不高的问题，此外很难做到快速性和准确性的兼顾。
基于主动谐波注入的检测法是向电网中注入谐波并测量公共接入点的电压和电流来测量电网阻抗。由于其需要反复向电网中注入谐波电流，导致入网电流质量不高。
快速傅里叶算法(FFT)虽然在频谱分析中得到了广泛的应用，但是其全频段的分析在只是计算和提取部分谐波的含量的场合将会给数字控制器带来了极大负担。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统及方法，以保证在不对电网产生很大影响的前提下实现电网阻抗的准确测量。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统，包括：并网逆变器、采样模块、控制模块以及PWM驱动模块；
所述并网逆变器为系统主回路拓扑，用于向电网中输出电流给定值；
所述采样模块包括电压传感器和电流传感器，用于实现网侧接入点电压、电流的采样；
所述控制模块，包括谐波分量提取模块和电流控制器，所述谐波分量提取模块用于采用Goertzel算法分离电网注入的谐波分量给定，所述电流控制器用于根据电流给定产生PWM驱动信号；
所述PWM驱动模块根据电流控制器产生的驱动信号来控制开关器件的开通与关断。
另一方面，本发明提供一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法，包括以下步骤：
步骤1，向电网中注入谐波电流给定；
步骤2，通过电压传感器和电流传感器采样网侧电压与电流；
步骤3，利用Goertzel算法对采样到的网侧电压与电流提取谐波分量信号；
步骤4，利用谐波分量信号对电网阻抗进行计算。
进一步，所述的利用Goertzel算法对采样到的网侧电压与电流提取谐波分量信号，包括：
利用公式(1)计算出表征k次谐波分量的相位幅值的复系数X[k]；
其中，x[n]表示当前采样值，v[n]表示当前中间值；v[n-1]表示前一个采样时刻的中间值；v[n-2]表示前两个采样时刻的中间值；y[n]为Goertzel算法的复数形式的结果；N代表采样点数；k为谐波次数；n是采样点计数即N个点中的第n个点；W表示基向量，所述采样信号通过一组基向量表示；Xreal和Ximag分别表示复系数X[k]的实部和虚部，j为虚数单位。
进一步，所述的利用谐波分量信号对电网阻抗进行计算，包括：
在计算出电压电流相应的复系数X[k]之后，利用公式(2)计算电网阻抗Zg：
其中，ωk表示k次谐波角频率；Rg表示网侧等效电阻；Lg表示网侧等效电抗。
进一步，所述公式(1)的初始条件为v[-1]＝v[-2]＝0。
进一步，所述的向电网中注入的谐波电流给定为75Hz、幅值为额定电流的10％的间谐波。
本发明的有益效果是：准被动检测法是监测电网阻抗并在其发生较大变化时向电网中注入谐波来测量电网阻抗。此方法兼具精度较高和对系统扰动较小的优点。Goertzel算法能有效减少控制器计算量以及存储空间并降低代码复杂度，在只需要分析个别频率点的场合，Goertzel算法比FFT效率更高。
附图说明
图1为本发明含电网阻抗检测算法的系统控制原理框图；
图2为Goertzel算法框图；
图3为一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，整个系统主要由并网逆变器、采样模块、控制模块以及PWM驱动模块组成。并网逆变器为系统主回路拓扑；采样模块主要实现网侧接入点电压、电流的采样；控制模块包括采用Goertzel算法分离注入谐波分量、电流控制器根据电流给定产生PWM驱动信号；PWM驱动模块根据电流控制器产生的驱动信号来控制开关器件的开通与关断。
图2为Goertzel算法框图。
在图2中，x[n]表示当前采样值，v[n]表示当前中间值；v[n-1]表示前一个采样时刻的中间值；v[n-2]表示前两个采样时刻的中间值；y[n]为Goertzel算法的复数形式的结果，初始条件为v[-1]＝v[-2]＝0。
图3中显示了本实施例提供的一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法的流程图，其实施过程包括以下步骤：
步骤1，控制环中的电流给定除了输出电流之外还应该附加需要注入电网中的谐波电流给定，实现向电网中注入谐波电流。一般选择75Hz、幅值为额定电流的10％的间谐波作为注入谐波。
步骤2，通过电压传感器和电流传感器采样网侧电压和电流。
步骤3，利用Goertzel算法对采样到的网侧电压电流信号提取谐波分量信号。
具体的，利用公式(1)计算出表征k次谐波分量的相位幅值的复系数X[k]；
其中，x[n]表示当前采样值，v[n]表示当前中间值；v[n-1]表示前一个采样时刻的中间值；v[n-2]表示前两个采样时刻的中间值；y[n]为Goertzel算法的复数形式的结果；N代表采样点数；k为谐波次数；n是采样点计数即N个点中的第n个点；W表示基向量，所述采样信号通过一组基向量表示；Xreal和Ximag分别表示复系数X[k]的实部和虚部，j为虚数单位。
步骤4，利用谐波分量信号对电网阻抗进行计算。计算出电压电流相应的复系数后利用公式(2)计算出电网阻抗Zg。
其中，ωk表示k次谐波角频率；Rg表示网侧等效电阻；Lg表示网侧等效电抗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (6)

1.一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别系统，其特征在于，包括：并网逆变器、采样模块、控制模块以及PWM驱动模块；
所述并网逆变器为系统主回路拓扑，用于向电网中输出电流给定值；
所述采样模块包括电压传感器和电流传感器，用于实现网侧接入点电压、电流的采样；
所述控制模块，包括谐波分量提取模块和电流控制器，所述谐波分量提取模块用于采用Goertzel算法分离电网注入的谐波分量给定，所述电流控制器用于根据电流给定产生PWM驱动信号；
所述PWM驱动模块根据电流控制器产生的驱动信号来控制开关器件的开通与关断。
2.一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，向电网中注入谐波电流给定；
步骤2，通过电压传感器和电流传感器采样网侧电压与电流；
步骤3，利用Goertzel算法对采样到的网侧电压与电流提取谐波分量信号；
步骤4，利用谐波分量信号对电网阻抗进行计算。
3.根据权利要求1所述一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法，其特征在于，所述的利用Goertzel算法对采样到的网侧电压与电流提取谐波分量信号，包括：
利用公式(1)计算出表征k次谐波分量的相位幅值的复系数X[k]；
其中，x[n]表示当前采样值，v[n]表示当前中间值；v[n-1]表示前一个采样时刻的中间值；v[n-2]表示前两个采样时刻的中间值；y[n]为Goertzel算法的复数形式的结果；N代表采样点数；k为谐波次数；n是采样点计数即N个点中的第n个点；W表示基向量，所述采样信号通过一组基向量表示；Xreal和Ximag分别表示复系数X[k]的实部和虚部，j为虚数单位。
4.根据权利要求3所述所述一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法，其特征在于，所述的利用谐波分量信号对电网阻抗进行计算，包括：
在计算出电压电流相应的复系数X[k]之后，利用公式(2)计算电网阻抗Zg：
其中，ωk表示k次谐波角频率；Rg表示网侧等效电阻；Lg表示网侧等效电抗。
5.根据权利要求3所述一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法，其特征在于，所述公式(1)的初始条件为v[-1]＝v[-2]＝0。
6.根据权利要求2-5任一项所述所述一种基于Goertzel算法的准被动电网阻抗识别方法，其特征在于，所述的向电网中注入的谐波电流给定为75Hz、幅值为额定电流的10％的间谐波。
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