CN108988394A - 分布式发电并网变换器消除电网谐波的方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式发电并网变换器消除电网谐波的方法，该方法基于LMS滤波器的锁相环PLL，包括以下步骤：步骤1，数据采样：经过A/D和数据采样，得到电网三相电压，含有谐波的电网三相不平衡电压经过静止旋转坐标α‑β变换后得到旋转公式E＝e_α+je_β，e_αe_β分别为α‑β坐标系下的三相电压；步骤2，以Ts作为采样周期进行采样，得到采样函数：θ_u(k)＝θ_u(k‑1)+ωTs，θ_u(k)为当前周期的采样函数，θ_u(k‑1)为前一周期的采样函数，ω为采样频率。

Description

分布式发电并网变换器消除电网谐波的方法

技术领域

本发明属于分布式发电技术领域，特别涉及分布式发电并网变换器消除电网谐波的方法。

背景技术

对于锁相环PLL研究，主要是三相锁相环、PI控制锁相环，以及自适应无锁相环，现有的控制策略和方法对网侧电压跟踪控制不准确，与电网中的电压频率与相位存在一定地误差，影响分布式发电电网系统的正常运行。

专利申请CN201710321945.7，公开了一种基于自适应变增益的锁相环改进方法，用于实现快速响应，包括：采样电网三相电压信号，利用Clark变换和Park变换将三相电压转换为两相电压ud与uq；根据基于同步坐标系的锁相环(SRF-PLL)非线性数学模型，得到含非线性鉴相环节的锁相环开环传递函数；通过传递函数得到开环截止频率ω_c与输入偏差e的关系，构建含幅值A、非线性系统偏差e与线性系统偏差u_q的变增益函数，降低系统非线性度；利用该变增益函数改造传统PI控制器，设计自适应积分增益代替原有的ki，得到自适应变增益锁相环系统；通过对闭环等效线性系统进行时域分析，完成系统参数整定。

专利申请CN201721698748.9，公开了以梳状滤波器取代了传统锁相环中的滑动平均滤波器，梳状滤波器拥有多个非原点处的零极点，各个零极点相互之间的距离较小，当信号频率偏离零点频率时，由于各个零极点相互对消的作用，使得信号几乎不受影响，能够有效地补偿在零点频率处的相位滞后，且梳状滤波器的相位裕度大于滑动平均滤波器的相位裕度，解决了锁相环在零极点频率处相位滞后和相位裕度较小的技术问题。

现有技术中，同步参考坐标系锁相环在不对称和畸变的电网电压中，频率估计会出现较大的波动，无法准确地检测出电压同步信号；基于双同步参考坐标系包含以正序同步转速和负序同步转速的两个旋转坐标系，但是其结构比较复杂且谐波抑制能力有限，必须另加入低通滤波器来消除谐波，动态响应慢。

发明内容

本发明提出了一种用于并网变换器的基于LMS滤波器锁相环的消除分布式发电电网谐波的方法，它能弥补现有的策略方法的不足，精确的跟踪电网电压频率和相位，达到准确地并网目的。

本发明实施例之一，一种分布式发电并网变换器消除电网谐波的方法，该方法基于LMS滤波器的锁相环PLL，包括以下步骤：

步骤1，数据采样：经过A/D和数据采样，得到电网三相电压，含有谐波的电网三相不平衡电压经过静止旋转坐标α-β变换后得到旋转公式E＝e_α+je_β，e_α e_β分别为α-β坐标系下的三相电压；

步骤2，以Ts作为采样周期进行采样，得到采样函数：θ_u(k)＝θ_u(k-1)+ωTs，θ_u(k)为当前周期的采样函数，θ_u(k-1)为前一周期的采样函数，ω为采样频率。

由于参考相位θ_ref随着闭环控制，每经过一个周期，参考相位θ_ref会相应的增加相位满足相位差为e_θ(k)＝θ_ref(k)-θ_u(k)，若相位差很小，则可近似于e_θ(k)＝sin(θ_ref(k)-θ_ref(k))，

步骤3，在自适应LMS滤波器中，其迭代公式为w(n)为权矢量，μ为步长因子；

误差信号为e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-w(n)μ(n)，d(n)为期望信号，y(n)为输入信号，利用平方误差得到瞬时梯度，即带入迭代公式中，可得w(n+1)＝w(n)+μ(2e(n)μ(n))，由Z域的LMS滤波器函数表达式：z^-1Iw(n+1)＝Iw(n)+(d(n)-w(n)u^T(n))2μ(n)u(n)，其中I为单位矩阵，Z^-1I为延时一段时间后的单位矩阵。

LMS滤波器后的PLL的传递函数表达式为： G_su(z)为LMS对应的z域传递函数，G_c(z)为调节器对应的z域传递函数，K为调节器输出到采样的传递函数，θ为相位差，θ_ref为参考相位，θ_u为输出相位，w₀为初始采样频率，N为LMS滤波器的抽头系数。通过可变采样周期的锁相环确定周期/频率，LMS滤波器则通过迭代公式不断地更新滤波器的权值来达到滤波的稳定性和实时性。

本发明实施例的锁相环PLL是在传统锁相环PLL电压相位跟踪能力有限、频率估计误差较大、含有一定谐波量的基础上进行改进的，通过自适应LMS滤波器滤除电网中的谐波含量，得到正序分量，通过可变采样可以对电网中实时变化的电压进行采样，满足动态稳定性。

本发明实施例将可变采样周期的锁相环和自适应LMS滤波器结合，通过滤波器来消除电网中的谐波分量和负序分量的影响，依次来锁定电网电压的正序分量，而且自适应LMS滤波器为闭环控制系统，稳态性能好，在变采样频率的场合可以实现良好的动态性能。基于LMS滤波器的锁相环结构简单，易于实现，稳态和动态性能高。

本发明在传统的可变采样周期性锁相环基础上，加入了自适应LMS滤波器，不但可以精确地跟踪网侧频率/相位，而且可以有效的消除电网中谐波的影响，结构简单，误差小，实时性强。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1本发明实施例中基于LMS滤波器的锁相环PLL原理图。

图2本发明实施例中自适应LMS滤波器结构图。

图3本发明实施例中基于LMS滤波器的锁相环PLL传递函数。

具体实施方式

根据一个或者多个实施例，如图1所示，并网变换器消除电网谐波的方法包括数据采样。经过A/D和数据采样，得到电网三相电压。含有谐波的电网三相不平衡电压经过静止旋转坐标α-β变换后得到旋转公式E＝e_α+je_β。

以Ts作为采样周期进行采样，得到采样函数：θ_u(k)＝θ_u(k-1)+ωTs，由于图1中的参考相位θ_ref随着闭环控制，每经过一个周期θ_ref会相应的增加满足相位差为e_θ(k)＝θ_ref(k)-θ_u(k)。若相位差很小，则可近似于e_θ(k)＝sin(θ_ref(k)-θ_ref(k))。

根据一个或者多个实施例，

在自适应LMS滤波器中，其迭代公式为误差信号为e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-w(n)μ(n)，利用平方误差得带入迭代公式中，可得w(n+1)＝w(n)+μ(2e(n)μ(n))，

由图2得Z域的LMS滤波器函数表达式：

z^-1Iw(n+1)＝Iw(n)+(d(n)-w(n)u^T(n))2μ(n)u(n)。

根据一个或者多个实施例，

由图3得，增加了LMS滤波器后的PLL的传递函数表达式为：θ＝θ_ref-θ_u

G_su(z)为LMS对应的z域传递函数，G_c(z)为调节器对应的z域传递函数，K为调节器输出到采样的传递函数，θ为相位差，θ_ref为参考相位，θ_u为输出相位，w₀为初始采样频率，N为LMS滤波器的抽头系数。通过可变采样周期的锁相环确定周期/频率，LMS滤波器则通过迭代公式不断地更新滤波器的权值来达到滤波的稳定性和实时性。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (1)

1.一种分布式发电并网变换器消除电网谐波的方法，该方法基于LMS滤波器的锁相环PLL，包括以下步骤：

步骤1，数据采样：经过A/D和数据采样，得到电网三相电压，含有谐波的电网三相不平衡电压经过静止旋转坐标α-β变换后得到旋转公式E＝e_α+je_β，e_αe_β分别为α-β坐标系下的三相电压；

步骤2，以Ts作为采样周期进行采样，得到采样函数：θ_u(k)＝θ_u(k-1)+ωTs，θ_u(k)为当前周期的采样函数，θ_u(k-1)为前一周期的采样函数，ω为采样频率，

由于参考相位θ_ref随着闭环控制，每经过一个周期，参考相位θ_ref会相应的增加相位满足相位差为e_θ(k)＝θ_ref(k)-θ_u(k)，若相位差很小，则可近似于e_θ(k)＝sin(θ_ref(k)-θ_ref(k))，

步骤3，在自适应LMS滤波器中，其迭代公式为w(n)为权矢量，μ为步长因子；

误差信号为e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-w(n)μ(n)，d(n)为期望信号，y(n)为输入信号，利用平方误差得到瞬时梯度，即带入迭代公式中，可得w(n+1)＝w(n)+μ(2e(n)μ(n))，由Z域的LMS滤波器函数表达式：z^-1Iw(n+1)＝Iw(n)+(d(n)-w(n)u^T(n))2μ(n)u(n)，其中I为单位矩阵，Z^-1I为延时一段时间后的单位矩阵。

LMS滤波器后的PLL的传递函数表达式为：

G_su(z)为LMS对应的z域传递函数，G_c(z)为调节器对应的z域传递函数，K为调节器输出到采样的传递函数，θ为相位差，θ_ref为参考相位，θ_u为输出相位，w₀为初始采样频率，N为LMS滤波器的抽头系数。通过可变采样周期的锁相环确定周期/频率，LMS滤波器则通过迭代公式不断地更新滤波器的权值来达到滤波的稳定性和实时性。