CN109557365A - 电网电压频率和相角检测方法及系统、单相电网检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电网性能的测试装置、电故障的探测装置技术领域，公开了一种电网电压频率和相角检测方法；采集单相电网电压信号，构建积分器和状态观测器，得到电网电压信号和它的正交信号，然后作为变量代入锁相环公式，得到电网的频率和相角信息。本发明使用PLL测量电网的幅值、频率和相角等关键信息；动态响应速度快，在电网频率变化和谐波干扰的情况下，具有优良的稳态精度；从观测器的角度设计QSG，极点配置更为灵活，极点可以任意配置在左半平面，参数可以调控的范围更大了；动态响应速度快，谐波抑制能力强。本发明在测量电网电压时，具有更好的动态性能和更好的谐波抑制性能，同时参数配置的范围更大，可以在左半平面实现任意配置。

Description

电网电压频率和相角检测方法及系统、单相电网检测系统
技术领域
本发明属于电性能的测试装置、电故障的探测装置技术领域，尤其涉及一种电网电压频率和相角检测方法及系统、单相电网检测系统。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：在单相电网技术中，常常需要检测单相电网电压的幅值、频率和相角，在三相电网中，可以通过clark变换得到dq轴的信号，然后通过PLL进行控制。但是单相电网只有一个相位，需要采用虚构的正交信号来产生QSG，然后通过PLL得到相应的电网信息。由于结构简单和计算量小，SOGI-PLL是最常见的QSG-PLL的一种。但是SOGI-PLL的可调参数取决于系统带宽的高低，在实际使用时，平衡系统的动态性能和稳态性能后，SOGI-PLL的可调参数固定在常值，在一些精度要求高的场合，动态性能难以达到预期效果。尽管SOGI-PLL的谐波抑制作用不错，但是还可以进一步改进。
综上所述，现有技术存在的问题是：综合考虑动态性能和稳态性能后，SOGI-PLL的可调参数固定在常值，在频率跳变和谐波干扰条件下，动态性能和抑制谐波的能力还有提升空间。
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电压频率和相角检测方法及系统、单相电网检测系统。
本发明是这样实现的，一种电网电压频率和相角检测方法，所述电网电压频率和相角检测方法包括：采集电网单相电压，引入电网电压信号的积分；构建状态观测器；得到通过状态观测器得到电网电压信号以及它的正交信号；然后把它们作为已知变量代入锁相环公式，得到电网电压的频率和相角信息。
所述观测器表达式为：
其中，
其中，和分别是x1、x2和x3的估计值，x1、x2、x3分别代表了理想的电网电压信号，电网电压信号的积分信号和加入扰动后的电网电压信号的积分信号，L1、L2和L3是选取的观测器系数，选取方法为：L1、L2和L3使得矩阵满足Hurwitz。
进一步，所述采集电网单相电压包括；
其中，v代表了电网电压，Vg、ω和分别代表电网电压的幅值、频率和相角，δ代表电网受到的干扰信号。
进一步，所述电网电压信号的积分构建电网电压信号的积分器，引入变量x3：
进一步，得到电网电压信号及正交信号：
再进一步，把得到的和作为输入，代入锁相环的公式，得到电网的频率和相角信息。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述电网电压频率和相角检测方法的电网电压频率和相角检测系统，所述电网电压频率和相角检测系统包括：
采集模块，用于采集电网单相电压，引入电网电压信号的积分；
构建模块，用于构建状态观测器；
电压信号获得模块，用于得到通过状态观测器得到电网电压信号以及它的正交信号。
锁相环模块，把电网电压信号和它的正交信号作为输入变量，得到频率和相角信息。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述电网电压频率和相角检测方法的单相电网检测系统。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述电网电压频率和相角检测方法的信息数据处理终端。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明从观测器的角度设计QSG，极点配置更为灵活，极点可以任意配置在左半平面，参数可以调控的范围更大了。动态响应速度快，谐波抑制能力强。
在电网频率变化的情况下，本发明可以更快地跟踪得上电网电压信号，可以实现无误差跟踪。在幅值跳变的情况下，测量的电网电压信号的超调量更小，调节时间更短，可以实现无差跟踪。本发明检测到的电网电压信号更接近理想的电网电压信号，谐波抑制能力强，在误差同时存在的情况下，比SOGI的误差更小。本发明在测量电网电压时，具有更好的动态性能和更好的谐波抑制性能，同时参数配置的范围更大，可以在左半平面实现任意配置。
附图说明
图1是本发明实施例提供的电网电压频率和相角检测方法流程图。
图2是本发明实施例提供的电网电压频率和相角检测方法实现流程图。
图3是本发明实施例提供的电网电压频率和相角检测系统结构示意图；
图中：1、采集模块；2、构建模块；3、电压信号获得模块；4、锁相环模块。
图4是本发明实施例提供的电网频率变化示意图。
图5是本发明实施例提供的幅值跳变示意图。
图6是本发明实施例提供的谐波干扰示意图。
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。
针对现有SOGI-PLL的可调参数受到了影响，动态性能和抑制谐波的能力有限的问题。本发明在测量电网电压时，具有更好的动态性能和更好的谐波抑制性能，同时参数配置的范围更大，可以在左半平面实现任意配置。
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电压频率和相角检测方法包括以下步骤：
S101：采集电网单相电压，引入电网电压信号的积分；
S102：构建状态观测器；
S103：得到通过状态观测器得到电网电压信号以及它的正交信号。
S104：把观测到的信号代入锁相环公式，得到电网电压的频率和相角信息。
如图2所示，本发明实施例提供的电网电压频率和相角检测方法包括以下步骤：
第一步，采集电网单相电压v；
其中，v代表了电网电压，Vg、ω和分别代表了电网电压的幅值、频率和相角，δ代表电网受到的干扰信号。
第二步，构建电网电压信号的积分器，引入变量x3：
第三步，构建观测器：
其中，
其中，和分别是x1、x2和x3的估计值，x1、x2、x3分别代表了理想的电网电压信号，电网电压信号的积分信号和加入扰动后的电网电压信号的积分信号，L1、L2和L3是选取的观测器系数，其选取方法为：L1、L2和L3使得矩阵满足Hurwitz；
第四步，得到电网电压信号及其正交信号：
其中，和分别代表了观测的电网电压信号以及电网电压的正交信号。
第五步，把得到的和作为输入，代入锁相环的公式，得到电网的频率和相角信息。
如图3所示，本发明实施例提供的电网电压频率和相角检测系统包括：
采集模块1，用于采集电网单相电压，引入电网电压信号的积分；
构建模块2，用于构建状态观测器；
电压信号获得模块3，用于得到通过状态观测器得到电网电压信号以及它的正交信号。
锁相环模块4，得到电网电压的频率和相角信息。
下面结合仿真实验对本发明的应用效果做详细的描述。
在电网频率变化(图4)的情况下，本发明可以更快地跟踪得上电网电压信号，可以实现无误差跟踪。在幅值跳变(图5)的情况下，本发明测量的电网电压信号的超调量更小，调节时间更短，可以实现无差跟踪。在(图6)的情况下，本发明检测到的电网电压信号更接近理想的电网电压信号，谐波抑制能力强，在误差同时存在的情况下，比SOGI的误差更小。
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 (8)

1.一种电网电压频率和相角检测方法，其特征在于，所述电网电压频率和相角检测方法包括：采集电网单相电压，引入电网电压信号的积分；构建状态观测器；得到通过状态观测器得到电网电压信号以及它的正交信号，进而把它们作为输入，代入锁相环公式，得到电网电压的频率和相角；
所述观测器表达式为：
其中，y＝x3；
其中，和分别是x1、x2和x3的估计值，x1、x2、x3分别代表了理想的电网电压信号，电网电压信号的积分信号和加入扰动后的电网电压信号的积分信号，L1、L2和L3是选取的观测器系数，选取方法为：L1、L2和L3使得矩阵满足Hurwitz。
2.如权利要求1所述的电网电压频率和相角检测方法，其特征在于，所述采集电网单相电压包括；
其中，v代表了电网电压，Vg、ω和分别代表电网电压的幅值、频率和相角，δ代表电网受到的干扰信号。
3.如权利要求1所述的电网电压频率和相角检测方法，其特征在于，所述电网电压信号的积分构建电网电压信号的积分器，引入变量x3：
4.如权利要求1所述的电网电压频率和相角检测方法，其特征在于，得到电网电压信号及正交信号：
其中，和分别代表了观测的电网电压信号以及电网电压的正交信号。
5.如权利要求4所述的电网电压频率和相角检测方法，其特征在于，和作为输入，代入锁相环的公式，得到电网的频率和相角信息。
6.一种实施权利要求1所述电网电压频率和相角检测方法的电网电压频率和相角检测系统，其特征在于，所述电网电压频率和相角检测系统包括：
采集模块，用于采集电网单相电压，引入电网电压信号的积分；
构建模块，用于构建状态观测器；
电压信号获得模块，用于得到通过状态观测器得到电网电压信号以及它的正交信号；
锁相环模块，得到电网电压的频率和相角信息。
7.一种应用权利要求1～5任意一项所述电网电压频率和相角检测方法的单相电网检测系统。
8.一种应用权利要求1～5任意一项所述电网电压频率和相角检测方法的信息数据处理终端。
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