[发明专利]电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能检测和电能应用技术，特别涉及一种电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分离方法。

背景技术

由于传统资源日益枯竭，新能源技术的日趋成熟，越来越多的新能源发电系统接入到电网中。但风能、太阳能等新能源发电系统出力具有不稳定、间接性等特点，严重影响着电网的电能质量。其中最严重的影响之一是电网电压不平衡及谐波的产生。

在新能源发电系统并网中存在着大量的电力电子器件，他们的正常工作依赖于电源电压和电网电压保持同步运行。要实现电力电子器件与电网的同步运行，必须首先检测电网电压的频率和相位，并以此来控制变换器，使其与电网电压保持同步。其中实现该功能的最重要的一个工具就是锁相环。

在电网电压平衡的条件下，传统的锁相环可以准确地检测出电压的幅值和相位，而当发生电网电压不平衡时，传统锁相环则丧失了其功能。

发明内容

本发明是针对在电网三相不平衡的情况下，常规的软件锁相环失去锁定电网基波分量的问题，提出了一种电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分离方法，能够在单相电压跌落、两相电压跌落及含高低次谐波的情况下准确及时地锁定基波电压的正负序量分量。

本发明的技术方案为：一种电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分离方法，具体包括如下步骤：

1)通过3s/2s变换，将三相静止坐标系上的abc分量u_a、u_b、u_c转化为两相静止坐标系上的αβ分量u_α、u_β；

2)将步骤1)得到的αβ分量u_α、u_β作为输入，输入到由降阶谐振控制器组成的分离器中，得到两相静止坐标系上的正负序分量，并滤除全部的高次谐波和部分低次谐波；

3)将步骤2)得到的两相静止坐标系的正负序分量输入给级联延时信号消除DSC，滤除剩余部分的低次谐波，得到两相静止坐标系上的最终的正负序分量；

4)将步骤3)得到的两相静止坐标系的正负序分量经过2s/2r变换，得到两相旋转坐标系dq轴上的正负序分量；

5)将步骤4)得到的q轴上的正序分量反馈给软件锁相环，锁定电网的角频率和相位角；

6)将步骤3)得到的两相静止坐标系上的正负序分量经过2s/3s变化，得到三相静止坐标系上的正负序分量。

所述步骤2)中降阶谐振控制器分别采用正序解耦谐振控制器与负序解耦谐振控制器对不平衡电流中正序电流分量与负序电流分量进行控制，正和负序解耦谐振控制器中的传递函数为：

式中：ω₀为谐振频率；ω_c为截止频率系数；k_i为增益系数。

降阶谐振控制器得到输出为：

式中：u_αβ为输入电网电压矢量；u⁺_αβ、u^-_αβ分别为正、负序谐振控制器的电压分量。

所述步骤3)中在αβ坐标系中DSC算法为：

式中：α、β为分别表示坐标轴α、β上的电压分量即u_α、u_β；下标P、N分别表示正、负序分量；n₁、n₂分别取值为2(n-1)、2(n+1)。

本发明的有益效果在于：本发明电网电压不平衡及谐波畸变时基波电压正负序分离方法，采用的SDR控制器和级联DSC(延时信号消除)控制器级联方法可在电网电压不平衡及含高低次谐波的条件下准确分离出正、负序分量。较常规的SPLL可在电网电压不平衡及含有谐波情况下可更加快速、准确地分离出基波电压的正、负序量。

附图说明

图1为本发明正序降阶谐振结构图；

图2为本发明负序降阶谐振结构图；

图3为本发明正负序级联DSC原理图；

图4为常规软件锁相环原理图；

图5为本发明正负序量分离的总体框图；

图6为本发明单相电压跌落情况下的正序量分离图；

图7为本发明单相电压跌落情况下的负序量分离图；

图8为本发明两相电压跌落情况下的正序量分离图；

图9为本发明两相电压跌落情况下的负序量分离图；

图10为本发明两相电压跌落情况下含低次谐波情况下的正序量分离图；