[发明专利]一种克服频率摄动的电压基波分量检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种电压基波分量的检测方法。

背景技术

电网电压基波的幅值、相角及频率是可再生能源并网逆变器和电能质量治理装置等正常运行的必要信息，研究电网电压基波分离算法具有重要的实用价值。以有源滤波器(APF)为例，为了实现全部或选择性地补偿配电网中的无功、谐波和不平衡分量的目的，必须准确地检测出电网电压的幅值与相位，以便于APF进行精确的电流和功率控制。这部分工作通常是由锁相环完成的，只需对电网A相电压进行锁相，即可获得与A相电压同步的相位信息，进而可以利用基于瞬时功率理论的检测方法获得无功及谐波信息。

锁相环大体分为硬件实现和软件实现两类。硬件实现的锁相环易受信号的高频尖峰影响，产生虚假的过零信号；软件锁相技术近年来发展迅速，不但可以节省硬件成本，而且精度很高，实现算法也较为简单。然而，软件锁相的各种算法都存在一些各自的缺点，如动态响应慢、在电压畸变不对称情况下精度较低等。

基于滑窗离散傅里叶分析的电网相量同步检测技术是传统意义锁相环的代替方法，该方法是开环的，具有良好的稳定性，并且对电压谐波不敏感，在电网条件恶劣的情况下仍有很高的精度。然而，这种做法需要在每个采样点对过去的一周期信号进行离散傅里叶变换，运算量过大，限制了采样频率的提高。此时，采用滑窗迭代算法就可以很好地克服该问题。当信号为额定频率时，系统处于同步采样状态，此时滑窗迭代傅里叶变换计算得到的相量信息是准确的。然而，实际的电力系统电压频率总会存在一定程度的波动，这种情况为非同步采样，此时得到的电网相量不论在幅值上还是在相位上都将存在误差。

发明内容

本发明目的是为了解决现有滑窗迭代傅里叶分析检测电压分量方法不能克服频率摄动误差以及累积误差，导致测量精度低的问题，提供了一种克服频率摄动的电压基波分量检测方法。

本发明所述的一种克服频率摄动的电压基波分量检测方法由以下步骤实现：

步骤一，根据存在频率偏差的电压信号的表达式，通过时域到复频域的变换，得到相位误差与频率偏差Δδ之间的代数关系式：

其中，r代表第r次采样，N＝f_s/f₀为一个额定周期内的采样点数，f_s为采样频率，f₀为额定频率；

步骤二，根据步骤一得到的相位误差与频率偏差之间的代数关系、当前相位信息以及一个工频周期前的相位信息计算出频率偏差：

其中，为第r次采样测量的相位；

步骤三，根据步骤二获得的频率偏差，计算当前时刻的相位误差，进而根据频率偏差和当前时刻的相位误差计算滑窗迭代傅里叶变化的等效相位误差，最终检测到的电压基波分量y(r)_m的表达式为：