[发明专利]一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法

说明书

本发明公开了一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法，包括电网同步相位快速开环检测环节、差频相位计算环节和频率闭环检测环节，将检测到的电网电压信号经电网同步相位快速开环检测环节即可实时获得电网的同步相位，通过差频相位计算环节提取出电网同步相位中的差频相位，并将差频相位信息输入频率闭环检测环节以获得电网的实时频率。本发明有效地提高了电网实时频率的检测能力，测量精度高、响应速度快，抗干扰性能好，能解决闭环测相、测频方法在弱电网环境下的稳定性问题，具有良好的应用价值。

技术领域：

本发明属于电网频率检测技术领域，特别涉及一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法。

背景技术：

频率是电能生产、消费必须具备的质量检验指标，也是衡量电力系统运行状态的重要参数，可再生能源大规模接入电网对电网频率检测的精度和实时性提出了更高的要求。现有的频率检测方法必须依赖锁相环，也称软锁相环(software phase-locked loop，SPLL)。典型的SPLL主要有3种：单同步坐标系SPLL(single synchronous reference frameSPLL，SSRF-SPLL)、基于对称分量法的SSRF-SPLL、基于双同步坐标系的解耦SPLL(decoupled double SRF-SPLL，DDSRF- SPLL)。其中，SSRF-SPLL 能有效地应用于电网平衡时的幅值、频率与相位检测，其动态、稳态响应性能均较好。但是，当电网不平衡时，SSRF-SPLL输出的频率中存在谐波，因此稳态性能不好。改进SSRF-SPLL利用对称分量法来分离正序电压分量，并将其送入闭环调节器之后即可获得不平衡电网的频率。然而，该方法使用了固定参数的全通滤波器，当电网发生频率漂移时，频率检测的准确性较差。DDSRF-SPLL则采用了基于正、负序的双同步坐标系结构，实现了正负序的解耦，有效解决了三相不对称时的频率检测问题。然而，由于双同步坐标系结构的使用以及PI调节器与4个低通滤波器间的耦合作用，使得该方法的动态过程十分复杂，其较长的响应时间无法满足频率检测对快速性的要求。此外，SPLL的环路滤波器几乎都采用了PI调节器，因此其动态响应时间主要决定于调节器的特性。当电网环境较恶劣时，调节器参数很难进行优化设计，且调节器的动态过程耗时较长，现有的 SPLL的响应时间几乎都大于1个工频周期，无法满足快速准确检测频率的要求。消除闭环调节过程则可显著提高频率检测速度，这也是开环检测的出发点，然而电网电压存在高频噪声信号时，对开环方法检测的相位进行微分运算会放大噪声信号，导致频率检测存在较大的误差。

上述的方法都存在一些明显的不足，理想的电网频率检测技术应同时满足准确性、快速性、抗噪声干扰性要求，此外检测方法还应当简单易行，以便于在嵌入式控制器中实现。

发明内容：

针对现有的电网频率检测必须依靠锁相环来实现，弱电网环境下锁相环存在的固有的负阻尼特性会导致局域电力系统发生低频振荡，无法准确获得电网频率信息，本发明公开了一种高精度且抗噪声干扰的电网频率快速检测方法，该方法基于开环检测到的准确实时相位信息，通过提取其中的差频相位，并经差频闭环检测环节即可获得准确电网的频率信息。

本发明所采用的技术方案是：一种高精度且抗噪声干扰的电网频率的快速检测方法，包括电网同步相位快速开环检测环节、差频相位计算环节和频率闭环检测环节，将电网电压信号U_a、U_b、U_c经电网同步相位快速开环检测环节以后即可获得电网的同步相位，通过差频信号计算环节即可提取出电网同步相位信号中的差频相位，将此差频相位信号输入至频率闭环检测环节之后即可获得电网的实时频率f。

以下内容将对电网同步相位快速开环检测方法的基本原理进行详细说明：

三相电网电压可用如下表达式描述：

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