CN114069656A - 一种并网三相变换器电网电压锁相方法 - Google Patents

一种并网三相变换器电网电压锁相方法 Download PDF

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CN114069656A CN202111330516.9A CN202111330516A CN114069656A CN 114069656 A CN114069656 A CN 114069656A CN 202111330516 A CN202111330516 A CN 202111330516A CN 114069656 A CN114069656 A CN 114069656A
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Abstract

本发明是一种并网三相变换器电网电压锁相方法,是通过以下方法得到电网电压实际相位角θ的:先求出三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc,通过图1或下表,可查出实际电压相位角。本发明保留了传统软件锁相方法锁相精度高、动态响应快的优点,并且通过三相电网电压和电网电压相位角的对应关系,即可求出当前实际的电网电压相位角,并通过差分滤波方法滤除波动分量,能够在三相不平衡情况下滤除负序分量,使电力电子设备在不平衡电网电压情况下正常工作,并且操作简便且易于实现,响应速度快,占用资源少,可以大量应用在并网三相变流器领域,尤其是具备不平衡低电压穿越功能的变流器设备。

Description

一种并网三相变换器电网电压锁相方法
技术领域
本发明用于并网三相变换器电网电压锁相环领域,尤其是在电网电压跌落或不平衡的情况下,仍要求能够正常工作的变流系统,例如三相整流器、逆变器、变频器、有源滤波器等设备的控制系统中,这些控制系统需要实时测量电网电压的相位,并在电网电压跌落或不平衡的情况下,滤除负序分量,分辨出电网电压的正序分量。
背景技术
随着全球范围内的能源危机的出现伴随着环境问题的日益突出,分布式发电技术与微电网技术得到人们越来越多的关心和瞩目,作为分布式资源与配电网(微电网)的纽带,并网逆变器的功能被深入挖掘并肯定了其有益的作用,并网逆变器实现并网前,需要对电网的三相正弦波电压的相序进行检测,以将正确相序作为电网正确锁相的前提,继而实现与外来信号或者相位的同步,且现代雷达技术的不断发展,对通信收发设备的重要组成部分频率源的性能尤其是稳定性指标提出了越来越高的要求,目前电子设备收发信道常用的频率源大多采用前置分频锁相和晶振倍频链相结合的方案,前置分频锁相的功能是将参考信号与微波信号的分频信号,在低频进行鉴相,分频器的附加噪声会带入到电路中;晶振倍频链的多级倍频、放大、滤波,使得频率源的功耗和体积增大,且会带入高次倍频器的附加噪声,如今各种电力电子变流系统的大规模应用已成趋势,尤其是并网三相变流器,需要实现网侧电流可控,电网电压锁相技术便是必不可少的关键一环,其中尤其是针对电网电压不平衡的情况,锁相技术要准确的跟踪正序分量,才能使网侧的三相电流达到平衡,在传统的锁相技术是将三相电压值通过dq变换转换为直流分量,然后通过PI调节器进行跟踪,为了应对不平衡电的网,附加一个正负序分离算法,这种方法只是通过控制的思路跟踪电网电压相角,而不是准确算出电网电压相角,而且正负序分离算法复杂,占用控制器资源,动态响应不高。
现有技术CN105932671B的中国专利文献公开了一种锁相方法,该技术方案在对三相电网电压进行滤波后,虽然避免了锁相环中的PI控制器动态调整时锁相环输出波动对系统性能的影响,但是不能够在三相不平衡情况下滤除负序分量,尤其是不具备不平衡低电压穿越功能的变流器设备,同时页不能准确算出电网电压相角,并通过滤波技术,滤除负序分量,使电力电子设备在不平衡电网电压情况下正常工作。
发明内容
本发明目的是提出了一种并网三相变换器电网电压锁相方法,能够准确算出电网电压相角,并通过滤波技术,滤除负序分量,使电力电子设备在不平衡电网电压情况下正常工作。
首先将采样得到的三相电压值进行绝对值计算并求和,公式如下,Za、Zb、Zc为求得的结果
Figure BDA0003348640040000021
Za、Zb、Zc与电网电压相位角具备一一对应的规律,设-90°~270°为一个周期,其规律如图1所示。所以,通过Za、Zb、Zc的值,即可求出三相电压的实际相位角θ。
Figure BDA0003348640040000022
但由于采样值和计算值可能存在误差,Za、Zb、Zc并不是严格等于0.5或-0.5,所以通过确定Za、Zb、Zc这三者中哪个等于0.5或-0.5作为选定条件,如Za、Zb、Zc都在同一数值之间,可以改为Za、Zb、Zc哪个最接近0.5或-0.5作为选定条件,如下表
Figure BDA0003348640040000031
得出的实际相位角θ通过差分运算实现滤波后得到的θ'即为所求的相位角。差分滤波方法如下:
S1,将此时刻实际相位角θ(t)与上一时刻算出的θ'(t-1)做减法,得到相位角差值Δθ(t),Δθ(t)=θ(t)-θ'(t-1)。
S2,将此时刻相位角差值Δθ(t)与上一时刻算出的差值Δθ(t-1)做减法,得到相位角差值之差,ΔΔθ(t)=Δθ(t)-Δθ(t-1)。
S3,将此时刻相位角差值之差ΔΔθ(t)乘以一个系数K(K是一个小于1的常数,这里可以取0.02),并加上上一时刻的角速度ω(t-1),即可得到此时刻的角速度ω(t),ω(t)=K×ΔΔθ(t)+ω(t-1)。
S4,此时刻角速度ω(t)加上上一时刻求得的相位角θ'(t-1),即可求出此时刻滤波后的相位角θ'(t),θ'(t)=θ'(t-1)+ω(t)。
本发明的优点和积极效果:
1、本发明所述方法不但能够得到电网电压的实际相位角,而且能很好的滤除负序分量,能够在三相不平衡情况下滤除负序分量,可以大量应用在并网三相变流器领域,尤其是具备不平衡低电压穿越功能的变流器设备。
2、本发明所述方法能够准确算出电网电压相角,并通过滤波技术,滤除负序分量,使电力电子设备在不平衡电网电压情况下正常工作,并且操作简便且易于实现,响应速度快,占用资源少。
附图说明
附图1是三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc与三相电压相位角的对应关系。
附图2是本方法总流程控制图。
具体实施方式
本发明工作原理
本发明找到三相电网电压绝对值和电网电压相位角的对应关系,即可求出当前实际的电网电压相位角,但对于三相不平衡电网,三相电压含有负序分量,相当于实际电压相位角的变化存在低频波动,为此,本方法通过差分滤波将低频波动滤除,即可得到正序分量,控制频率越高,这种差分滤波方法就能越准确的跟踪实际电压相位角,而且可以更好的滤除负序分量,使电力电子设备在不平衡电网电压情况下正常工作。
本发明的具体步骤如下:
实施例1:一种并网三相变换器电网电压锁相方法,其特征在于,是通过以下方法得到电网电压实际相位角θ的:先求出三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc,
D1、采样三相电网电压,计算Za、Zb、Zc
Figure BDA0003348640040000041
D2、通过图1或下表,可查出实际电压相位角,
Za、Zb、Zc与电网电压相位角具备一一对应的规律,设-90°~270°为一个周期,其规律如图1所示。所以,通过Za、Zb、Zc的值,即可求出三相电压的实际相位角θ。
D3、通过下表即可求出电网电压实际相位角θ
Figure BDA0003348640040000051
但由于采样值和计算值可能存在误差,Za、Zb、Zc并不是严格等于0.5或-0.5,所以通过确定Za、Zb、Zc这三者中哪个等于-0.5作为选定条件,如Za、Zb、Zc都在同一数值之间,可以改为Za、Zb、Zc哪个最接近-0.5作为选定条件,如下表
Figure BDA0003348640040000052
(3)查出θ值后,通过以下差分滤波方法得到最终电压相位角:
S1,将此时刻实际相位角θ(t)与上一时刻算出的θ'(t-1)做减法,得到相位角差值Δθ(t),Δθ(t)=θ(t)-θ'(t-1)。
S2,将此时刻相位角差值Δθ(t)与上一时刻算出的差值Δθ(t-1)做减法,得到相位角差值之差,ΔΔθ(t)=Δθ(t)-Δθ(t-1)。
S3,将此时刻相位角差值之差ΔΔθ(t)乘以一个系数K(K是一个小于1的常数,这里可以取0.02),并加上上一时刻的角速度ω(t-1),即可得到此时刻的角速度ω(t),ω(t)=K×ΔΔθ(t)+ω(t-1)。
S4,此时刻角速度ω(t)加上上一时刻求得的相位角θ'(t-1),即可求出此时刻滤波后的相位角θ'(t),θ'(t)=θ'(t-1)+ω(t)。
实施例2:
一种并网三相变换器电网电压锁相方法,其特征在于,是通过以下方法得到电网电压实际相位角θ的:先求出三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc
D1、首先将采样得到的三相电压值进行绝对值计算并求和,公式如下,Za、Zb、Zc为求得的结果
Figure BDA0003348640040000061
D2、通过图1或下表,可查出实际电压相位角,
Za、Zb、Zc与电网电压相位角具备一一对应的规律,设-90°~270°为一个周期,其规律如图1所示。所以,通过Za、Zb、Zc的值,即可求出三相电压的实际相位角θ。
D3、通过下表即可求出电网电压实际相位角θ
Figure BDA0003348640040000062
但由于采样值和计算值可能存在误差,Za、Zb、Zc并不是严格等于0.5或-0.5,所以通过确定Za、Zb、Zc这三者中哪个等于0.5作为选定条件,如Za、Zb、Zc都在同一数值之间,可以改为Za、Zb、Zc哪个最接近0.5作为选定条件,如下表
Figure BDA0003348640040000063
Figure BDA0003348640040000071
(3)查出θ值后,通过以下差分滤波方法得到最终电压相位角:
S1,将此时刻实际相位角θ(t)与上一时刻算出的θ'(t-1)做减法,得到相位角差值Δθ(t),Δθ(t)=θ(t)-θ'(t-1)。
S2,将此时刻相位角差值Δθ(t)与上一时刻算出的差值Δθ(t-1)做减法,得到相位角差值之差,ΔΔθ(t)=Δθ(t)-Δθ(t-1)。
S3,将此时刻相位角差值之差ΔΔθ(t)乘以一个系数K(K是一个小于1的常数,这里可以取0.03),并加上上一时刻的角速度ω(t-1),即可得到此时刻的角速度ω(t),ω(t)=K×ΔΔθ(t)+ω(t-1)。
S4,此时刻角速度ω(t)加上上一时刻求得的相位角θ'(t-1),即可求出此时刻滤波后的相位角θ'(t),θ'(t)=θ'(t-1)+ω(t)。
因此如实施例1-2所示得到:通过三相电网电压和电网电压相位角的对应关系,可求出当前实际的电网电压相位角,并通过差分滤波方法滤除波动分量,能够在三相不平衡情况下滤除负序分量,可应用在并网三相变流器领域,针对常规三相变流器效果较好。
实施例3:一种并网三相变换器电网电压锁相方法,其特征在于,是通过以下方法得到电网电压实际相位角θ的:先求出三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc,
D1、采样三相电网电压,计算Za、Zb、Zc
Figure BDA0003348640040000072
D2、通过图1或下表,可查出实际电压相位角。
Za、Zb、Zc与电网电压相位角具备一一对应的规律,设-90°~270°为一个周期,其规律如图1所示。所以,通过Za、Zb、Zc的值,即可求出三相电压的实际相位角θ,
D3、通过下表即可求出电网电压实际相位角θ
Figure BDA0003348640040000081
但由于采样值和计算值可能存在误差,Za、Zb、Zc并不是严格等于0.5或-0.5,所以通过确定Za、Zb、Zc这三者中哪个等于-0.5作为选定条件,如Za、Zb、Zc都在同一数值之间,可以改为Za、Zb、Zc哪个最接近-0.5作为选定条件,如下表
Figure BDA0003348640040000082
(3)查出θ值后,通过以下差分滤波方法得到最终电压相位角:
S1,将此时刻实际相位角θ(t)与上一时刻算出的θ'(t-1)做减法,得到相位角差值Δθ(t),Δθ(t)=θ(t)-θ'(t-1)。
S2,将此时刻相位角差值Δθ(t)与上一时刻算出的差值Δθ(t-1)做减法,得到相位角差值之差,ΔΔθ(t)=Δθ(t)-Δθ(t-1)。
S3,将此时刻相位角差值之差ΔΔθ(t)乘以一个系数K(K是一个小于1的常数,这里可以取0.01),并加上上一时刻的角速度ω(t-1),即可得到此时刻的角速度ω(t),ω(t)=K×ΔΔθ(t)+ω(t-1)。
S4,此时刻角速度ω(t)加上上一时刻求得的相位角θ'(t-1),即可求出此时刻滤波后的相位角θ'(t),θ'(t)=θ'(t-1)+ω(t)。
实施例4:
一种并网三相变换器电网电压锁相方法,其特征在于,是通过以下方法得到电网电压实际相位角θ的:先求出三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc
D1、首先将采样得到的三相电压值进行绝对值计算并求和,公式如下,Za、Zb、Zc为求得的结果
Figure BDA0003348640040000091
D2、通过图1或下表,可查出实际电压相位角,
Za、Zb、Zc与电网电压相位角具备一一对应的规律,设-90°~270°为一个周期,其规律如图1所示。所以,通过Za、Zb、Zc的值,即可求出三相电压的实际相位角θ。
D3、通过下表即可求出电网电压实际相位角θ
Figure BDA0003348640040000092
但由于采样值和计算值可能存在误差,Za、Zb、Zc并不是严格等于0.5或-0.5,所以通过确定Za、Zb、Zc这三者中哪个等于0.5作为选定条件,如Za、Zb、Zc都在同一数值之间,可以改为Za、Zb、Zc哪个最接近0.5作为选定条件,如下表
Figure BDA0003348640040000093
Figure BDA0003348640040000101
(3)查出θ值后,通过以下差分滤波方法得到最终电压相位角:
S1,将此时刻实际相位角θ(t)与上一时刻算出的θ'(t-1)做减法,得到相位角差值Δθ(t),Δθ(t)=θ(t)-θ'(t-1)。
S2,将此时刻相位角差值Δθ(t)与上一时刻算出的差值Δθ(t-1)做减法,得到相位角差值之差,ΔΔθ(t)=Δθ(t)-Δθ(t-1)。
S3,将此时刻相位角差值之差ΔΔθ(t)乘以一个系数K(K是一个小于1的常数,这里可以取0.01),并加上上一时刻的角速度ω(t-1),即可得到此时刻的角速度ω(t),ω(t)=K×ΔΔθ(t)+ω(t-1)。
S4,此时刻角速度ω(t)加上上一时刻求得的相位角θ'(t-1),即可求出此时刻滤波后的相位角θ'(t),θ'(t)=θ'(t-1)+ω(t)。
因此如实施例3-4所示得到:通过三相电网电压和电网电压相位角的对应关系,即可求出当前实际的电网电压相位角,并通过差分滤波方法滤除波动分量,此方法操作简便,易于实现,能够在三相不平衡情况下滤除负序分量,可以大量应用在并网三相变流器领域,尤其是具备不平衡低电压穿越功能的变流器设备。

Claims (3)

1.一种并网三相变换器电网电压锁相方法,其特征在于,是通过以下方法得到电网电压实际相位角θ的:先求出三相电压值相对三相电压绝对值之和所占比重Za、Zb、Zc
Figure FDA0003348640030000011
2.如权利要求1所述的电网电压实际相位角θ的求取方法,其特征在于,通过确定Za、Zb、Zc这三者中哪个等于0.5或-0.5作为选定条件,如Za、Zb、Zc都在同一数值之间,可以改为Za、Zb、Zc哪个最接近0.5或-0.5作为选定条件。如下表
Figure FDA0003348640030000012
3.一种并网三相变换器电网电压锁相方法,其特征在于,将权利要求1得到的实际相位角θ,进行如下差分滤波:
S1,将此时刻实际相位角θ(t)与上一时刻算出的θ'(t-1)做减法,得到相位角差值Δθ(t),即Δθ(t)=θ(t)-θ'(t-1)。
S2,将此时刻相位角差值Δθ(t)与上一时刻算出的差值Δθ(t-1)做减法,得到相位角差值之差,即ΔΔθ(t)=Δθ(t)-Δθ(t-1)。
S3,将此时刻相位角差值之差ΔΔθ(t)乘以一个系数K(K是一个小于1的常数),并加上上一时刻的角速度ω(t-1),即可得到此时刻的角速度ω(t),即ω(t)=K×ΔΔθ(t)+ω(t-1)。
S4,此时刻角速度ω(t)加上上一时刻求得的相位角θ'(t-1),即可求出此时刻滤波后的相位角θ'(t),即θ'(t)=θ'(t-1)+ω(t)。
S5,最终得到的θ'即为锁相环输出的相位角。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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