CN113113930A - 一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法 - Google Patents

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曹乾磊
尹怀强
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Abstract

本发明公开了一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，方法实施过程为：通过电压传感器采集设备并网点信号的当前采样时刻信号值usk、前一采样时刻的信号值usk1以及前两采样时刻的信号值usk2，采样周期为Ts；将步骤1所得电压信号作为第一级二阶广义积分器S1的输入信号，得到采样时刻k的输出信号qv1k；将步骤2所得的正交信号qv1k作为增强型二阶积分器S2的输入信号，得到qv1k中采样时刻k的正交基波信号qvk和vk；对qvk和vk进行数学变换，得到基波的幅值和实时相位。本发明可滤除电网信号中的直流分量，也可大幅度衰减电网信号中的各次谐波分量，从而获得较准确的锁相结果；而且本方法计算量小，易于实现。

Description

一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法
技术领域
本发明涉及配网电能质量治理技术领域，尤其涉及一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法。
背景技术
应用了电力电子控制技术的低电压治理设备可以有效地解决农村或城市郊区配电网末端的低电压现象。而无论是对于三相还是单相电路控制系统，软件锁相技术都是一个非常基础且重要的环节，锁相结果的准确性对环路控制的效果有着至关重要的作用。由于配电网低压侧负载的非线性特性，设备采集到电压存在着直流信号和较多的谐波信号，常用的SOGI锁相环的锁相结果存在较大的误差，使得电路控制环节达不到满意的效果。虽然递归离散傅里叶锁相技术可以获得精确的锁相结果，但它需要占用较多的计算内存，消耗额外的资源，不利于节约成本。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，解决了因配电网末端电网电压含有各次谐波分量和直流分量而导致锁相不准的问题，方法在计算量较小的前提下可以完全滤除直流分量并大幅度衰减各次谐波信号获得一个准确的锁相结果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，包括以下步骤：
步骤1：通过电压传感器采集设备并网点电压信号的当前采样时刻信号值usk、前一采样时刻的信号值usk1以及前两采样时刻的信号值usk2，采样周期为Ts；
步骤2：将步骤1获得的电网电压信号作为第一级二阶广义积分器S1的输入信号，得到采样时刻k的输出信号qv1k；
步骤3：将步骤2所获得的正交信号qv1k作为增强型二阶积分器S2的输入信号，得到qv1k中采样时刻k的准确的正交基波信号qvk和vk；
步骤4：通过运算单元对qvk和vk进行数学变换，得到基波的幅值和实时相位。
进一步地，所述步骤2中的输出信号qv1k的计算方法为：
qv1k＝b0*usk+b1*usk1+b2*usk2+a1*qv1k1+a2*qv1k2
其中
Figure BDA0002704633640000011
b1＝2b0
b2＝b0
Figure BDA0002704633640000012
Figure BDA0002704633640000013
进一步地，所述步骤3中的输出信号qvk的计算方法为：
qvk＝B0*qv1k+B1*qv1k1+B2*qv1k2+B3*qv1k3+A1*qvk1+A2*qvk2+A3*qvk3
其中
Figure BDA0002704633640000014
B2＝-B0，B3＝-B1
Figure BDA0002704633640000021
Figure BDA0002704633640000022
Figure BDA0002704633640000023
其中
Figure BDA0002704633640000024
输出信号vk的计算方法为：
vk＝B′0*qv1k+B′2*qv1k2+A′1*vk1+A′2*vk2
其中
Figure BDA0002704633640000025
B′2＝-B′0
Figure BDA0002704633640000026
Figure BDA0002704633640000027
进一步地，所述步骤4中的运算单元的计算方法为：
幅值
Figure BDA0002704633640000028
实时相位
Figure BDA0002704633640000029
本发明的有益技术效果：本方法可以滤除电网信号中的直流分量，也可以大幅度地衰减电网信号中的各次谐波分量，从而获得一个准确的锁相结果；而且本方法计算量小，易于实现。
附图说明
图1为本发明所述级联型二阶广义积分器锁相结构示意图。
图2为本发明实施例所提供的低电压治理设备结构及电气连接示意图。
附图标号：S1为第一级二阶广义积分器结构，S2为第二级二阶广义积分器结构。1为变电站，2为低压治理设备的整流装置，21为滤波电感，22为母线电容，3为低压治理设备的逆变装置，31为滤波电感，32为滤波电容，4为低压治理设备的串联变压器，5、6代表输电线路的线路阻抗，7为旁路负载，8为低电压非线性负载。
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，以下结合附图及实施例，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用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1、2所示，一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，此方法基于级联型SOGI结构，包括以下步骤：
步骤1：假设电压信号的表达式为
Figure BDA00027046336400000210
其中Amp为幅值，
Figure BDA00027046336400000211
为实时相位。
通过电压传感器采集设备并网点电压信号的当前采样时刻信号值usk、前一采样时刻的信号值usk1以及前两采样时刻的信号值usk2，采样周期为Ts；
步骤2：将步骤1获得的电网电压信号作为第一级二阶广义积分器S1的输入信号，采用双线性变换的方法得到输出qv1到输入us的离散闭环传递函数，进而得到采样时刻k的输出信号qv1k的计算公式：
qv1k＝b0*usk+b1*usk1+b2*usk2+a1*qv1k1+a2*qv1k2
其中
Figure BDA0002704633640000031
b1＝2b0
b2＝b0
Figure BDA0002704633640000032
Figure BDA0002704633640000033
步骤3：将步骤2所获得的正交信号qv1k作为第二级广义积分器S2的输入信号，采用双线性变换的方法得到输出qv到输入qv1的离散闭环传递函数，进而得到采样时刻k的输出信号qvk的计算公式：
qvk＝B0*qv1k+B1*qv1k1+B2*qv1k2+B3*qv1k3+A1*qvk1+A2*qvk2+A3*qvk3
其中
Figure BDA0002704633640000034
B2＝-B0，B3＝-B1
Figure BDA0002704633640000035
Figure BDA0002704633640000036
Figure BDA0002704633640000037
其中
Figure BDA0002704633640000038
输出信号vk的计算方法为：
vk＝B′0*qv1k+B′2*qv1k2+A′1*vk1+A′2*vk2
其中
Figure BDA0002704633640000039
B′2＝-B′0
Figure BDA00027046336400000310
Figure BDA00027046336400000311
图2中一阶低通滤波器LPF的输入Lin与输出Lout的之间的计算方法为：
Figure BDA00027046336400000312
其中，Loutk是当前采样时刻k时滤波器的输出，Link是当前采样时刻k时滤波器的输入，Loutk1是前一采样时刻滤波器的输出；fc为截止频率，选择fc＝50Hz。此低通滤波环节可大幅衰减基波频率以上的高频成分以及滤除掉直流分量。
步骤4：经步骤2和步骤3的二阶广义积分器对电压采集信号进行过滤和提取后，得到正交基波信号qvk和vk，按如下公式进行数学变换即可得到基波的幅值Amp和实时相位
Figure BDA00027046336400000313
Figure BDA00027046336400000314
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：通过电压传感器采集设备并网点电压信号的当前采样时刻信号值usk、前一采样时刻的信号值usk1以及前两采样时刻的信号值usk2，采样周期为Ts；
步骤2：将步骤1获得的电网电压信号作为第一级二阶广义积分器S1的输入信号，得到采样时刻k的输出信号qv1k；
步骤3：将步骤2所获得的正交信号qv1k作为增强型二阶积分器S2的输入信号，得到qv1k中采样时刻k的准确的正交基波信号qvk和vk；
步骤4：通过运算单元对qvk和vk进行数学变换，得到基波的幅值和实时相位。
2.根据权利要求1所述的一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，其特征在于，所述步骤2中的输出信号qv1k的计算方法为：
qv1k＝b0*usk+b1*usk1+b2*usk2+a1*qv1k1+a2*qv1k2
其中
Figure FDA0002704633630000011
b1＝2b0
b2＝b0
Figure FDA0002704633630000012
Figure FDA0002704633630000013
3.根据权利要求1所述的一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，其特征在于，所述步骤3中的输出信号qvk的计算方法为：
qvk＝B0*qv1k+B1*qv1k1+B2*qv1k2+B3*qv1k3+A1*qvk1+A2*qvk2+A3*qvk3
其中
Figure FDA0002704633630000014
B2＝-B0，B3＝--B1
Figure FDA0002704633630000015
Figure FDA0002704633630000016
Figure FDA0002704633630000017
其中
Figure FDA0002704633630000018
输出信号vk的计算方法为：
vk＝B′0*qv1k+B′2*qv1k2+A′1*vk1+A′2*vk2
其中
Figure FDA0002704633630000019
B′2＝-B′0
Figure FDA00027046336300000110
Figure FDA00027046336300000111
4.根据权利要求1所述的一种应用于低电压治理设备的单相锁相环方法，其特征在于，所述步骤4中的运算单元的计算方法为：
幅值
Figure FDA00027046336300000112
实时相位
Figure FDA00027046336300000113
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