[发明专利]一种交流电相位频率幅值跟踪重构的方法

说明书

技术领域

本发明属于交流电相位检测与重构的技术领域，更具体地，涉及一种交流电相位频率幅值跟踪重构的方法。

背景技术

光伏、风力等新能源并网发电快速发展，分布式发电成为热点研究对象。软件锁相环是分布式发电系统中的关键技术，用以检测污染的电网电压的频率和相位，为并网发电提供支持。受污染的电网不仅电压不平衡，而且含有多次谐波分量。为越来越多的学者对其进行了研究，提出了诸多锁相环的控制与设计方案。例如基于低通滤波锁相环、基于加权最小二乘法估计的锁相环、基于扩展卡尔曼滤波器的锁相环、基于空间矢量滤波器的锁相环等等。他们都存在以下问题：锁相的精度不高，响应慢，对系统频率变化和三相电压不平衡较敏感。随着研究的深入，许多锁相环被提出，从而使锁相环的性能得到不断的改善和提升。基于单同步坐标系软件锁相环，当三相电网电压不平衡时，得到的电压正序分量的相位存在较大2次谐波。基于对称分量法的单同步坐标系软件锁相环，对频率适应性相对不足。为了提高锁相环的锁相精度和响应，提出了基于双同步坐标系的解耦软件锁相环。该方法能在电压平衡和不平衡条件下准确地获取电网电压的相位、幅值和频率信息，具有较好的电网适应性。

由于单相电网电压信号不存在构成同步旋转坐标系的两相正交电压信号，上述基于同步旋转坐标系的三相电网锁相环控制策略一般不适用于单相电网锁相环的控制。单相电网电压的锁相环方案有：基于延迟法构造虚拟两相的单相锁相环，存在周期性的延迟，动态响应慢。基于P-Q理论的单相锁相环，在电压跌落、相位突变时，响应慢。基于Park反变换的单相锁相环，滤波器设计困难，电压不平衡时响应慢。

基于双二阶广义积分器的检测算法在许多方面都用应用。基于双二阶广义积分器的三相软件锁相环能在电压平衡和不平衡条件下分析三相电网电压的相位、幅值和频率信息，响应快。而且基于双二阶广义积分器的单相软件锁相环也能准确快速的获取单相交流电的信息。但是，一方面，以上锁相环技术均需要提供被测对象的基频和三相电压的相序；另一方面，当交流电谐波分量较大时，实际的相位曲线不是标准的正弦曲线，角频率不为恒定值，而以上算法得到的角频率均为恒定值，这样相位误差就会变大，在变频调速、未知电网和锁相环相位跟踪等复杂的应用情况下，上述算法并不能实际解决问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于二阶广义积分器交流电相位频率跟踪重构的算法，其目的在于无需给定参考频率，可以对任意未知幅值、频率的交流电分析，从而得出各自的幅值、频率和相位，具备良好的跟踪和重构效果。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种交流电相位频率幅值跟踪重构方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)实时采集交流电，判断其是单相或是三相交流电，若是单相，则进入步骤(2)，若是三相交流电，则进入步骤(3)；

(2)实现单相交流电的重构；其包括如下子步骤：

(2-1)连续采集N组单相交流电实时数据，并将其输入二阶广义积分器求解出两个正交的输出量，利用上述两个正交的输出量求出实时交流电幅值；

(2-2)求解其中θ为单相交流电实际相位角，为单相交流电跟踪相位角，其中其中X、Y是分别与所述两个正交的输出量相关的系数；

(2-3)将所述步骤(2-2)获得的作为PI控制器的输入，进行调节，进而输出所述单相交流电的角频率，所述角频率积分之后获得所述单相交流电的相位角；

(2-4)由上述步骤获得的所述幅值、角频率和相位角，实现所述单相交流电的重构；

(3)实现三相交流电的重构；其包括如下子步骤：

(3-1)连续采集N组三相交流电实时数据，计算得出其中θ为三相交流电实际相位角，为三相交流电跟踪相位角，其中M、N是与三相电压幅值和三相电压信号相关的表达式；

(3-2)将所述步骤(3-1)获得的作为PI控制器的输入，进行调节，进而输出所述三相交流电的角频率，所述角频率积分之后获得所述三相交流电的相位角；

(3-3)将所述步骤(3-2)的输出输入二阶广义积分器，求解得出三组两个正交的输出量，计算得出各相实时幅值；

(3-4)由所述步骤(3-2)、(3-3)获得的所述幅值、角频率和相位角，实现所述三相 交流电的重构。

进一步地，所述步骤(2-1)及所述步骤(3-3)中计算所述幅值的方法为其中t和l分别为求出的所述两正交的输出量。

进一步地，所述步骤(2-1)及所述步骤(3-3)中计算所述幅值的方法为反Park变换法，即