[发明专利]一种电网电压基波正序相角的快速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可在电网电压频率不稳定，波形畸变时快速、准确检测其基波电压正序分量相角的方法，属检测技术领域。

背景技术

电力系统运行时，系统频率会随着用户负荷的变化而变动,所以，电网电压的基波频率很容易受到负荷的影响而发生扰动。随着电力电子装置、电气化铁路和交流电弧炉的广泛应用，电网的谐波问题、三相不对称问题日益严重。在工程中，电网电压的基波频率扰动，谐波和三相不对称现象，会使一些需要实时准确测量电网电压相角的装置（如配电网静止同步补偿器（D-STATCOM）、直流输电系统中的逆变器等）无法正常工作。这是因为当三相电压波形畸变时，用传统检测方法获得的电网a相电压的相位是由a相电压的正序、负序、零序及谐波分量共同作用的相位，而非用作控制基准的a相电压基波正序分量的相位。因此，在三相电压波形畸变时，对电压基波正序分量的快速、准确检测就成为各类电力电子设备实现有效运行控制的前提和关键。

尽管人们对传统检测方法做了各种各样的改进，但现有的电网电压基波正序分量相角检测方法均难以兼顾系统稳定性与动态响应速度之间的矛盾，有必要进一步进行探索。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种新的电网电压基波正序相角的快速检测方法，以保证各类电力电子设备的正常运行。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种电网电压基波正序相角的快速检测方法，所述方法在电网电压频率变动，三相电压不对称或畸变时，通过“锁频”和“锁相”两个环节获得电网的基波正序电压，然后从该信号中提取出基波电压正序分量的相角，其具体步骤如下：

a.    锁频

设电网电压三相不对称且畸变时，电网三相电压分别为：

，

式中：U为电压有效值，为相角，第一个下标表示序分量（1是正序，2是负序，0是零序），第二个下标表示谐波次数，为系统基波角频率，

将u_a, u_b, u_c变换至α-β坐标，得：

，

将u_β通过LPF（低通滤波器）滤除谐波分量，获得的信号由PLL（锁相环）锁定相位和频率，得到与基波正序电压同频率的正余弦信号：和，这就锁定了电网电压的基波频率；

b.锁相

将u_α，u_β与正余弦信号矩阵分别相乘：

  ，

利用三角函数公式，通过加减运算将其中的基波负序分量消去：

，

u_αs-u_βc与u_αc-u_βs经过LPF滤去交流分量，得:

，

利用三角函数特性得到基波电压正序分量：

然后通过锁相环产生与a相电压基波正序分量同频率同相位的正余弦信号，进而得到电网电压基波正序相角。

本发明可在电网电压频率不稳定，波形畸变时，通过“锁频” 和“锁相”两个环节除去谐波分量和基波负序分量的干扰，准确检测电网电压基波正序分量的相角，所述方法不仅检测精度高，其误差小于10^-4，而且动态响应速度较快，一个半周波内即可重新达到稳定，可保证各类电力电子设备的正常运行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是采用本方法进行指令电流计算的流程图；

图2是本发明一个仿真实例的测试图。

文中各符号为：、 n次谐波电压正序分量有效值；、n次谐波电压负序分量有效值；、n次谐波电压零序分量有效值；、a相基波电压正序分量有效值；、n次谐波电压正序分量初始相角；、n次谐波电压负序分量初始相角；、n次谐波电压零序分量初始相角；N、谐波次数；、角频率；t、时间；u_a 、u_b 、u_c为三相电压；u_α、u_β为经过变换至α-β轴的电压；αβ-dq坐标变换矩阵C为。

具体实施方式

本发明在完成基波电压正序分量相角的快速检测时，考虑到工程中电网电压波形畸变的一般性，设三相电压u_a, u_b, u_c分别为：

，