一种基于正负识别的三相相序自适应控制方法及系统与流程

本发明涉及一种三相相序控制方法，尤其涉及一种基于正负识别的三相相序自适应控制方法，并涉及采用了该基于正负识别的三相相序自适应控制方法的三相相序自适应控制系统。

背景技术：

随着电力电子行业的发展，SVG(静态无功补偿器)、APF(有源滤波器)和充电桩，储能装置等大量电力电子设备在三相电网中投入使用，三相电力电子设备的相序自动适应识别控制一直是业界的一个难点。目前很多三相系统的配线无标示，或者标示不清，难以分析清楚ABC三相的相序。对于一些非热插拔和热插拔的装置，在安装或者改线后，经常会人为的相序接反。由于控制器一般都是基于电网正序控制，所以在设备报相序故障后，需要重新配线，大量浪费了人力物力。

也就是说，现有技术中存在以下缺陷：一、三相电力电子设备利用自身的检测装置，检测相序反，检测出接反后报警，这种需要人工重新配线，非常繁琐，浪费了人力物力。二、三相电力电子设备增加换向装置，可以把其中任意2相交换，代替人工更改配线，这种虽然能取得代替人工改线的效果，但是增加的自动换向装置，无形之中增加了成本，另外串接类似切换装置，还会降低系统可靠性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种无需更改配线和无需增加成本的三相相序自适应控制方法，并提供采用了该三相相序自适应控制方法的三相相序自适应控制系统。

对此，本发明提供一种基于正负识别的三相相序自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，判断电网A相、B相和C相的三相交流电压有效数值是否都在正常范围内，若是则跳转至步骤S2，若否则发出电网电压异常警报信号；

步骤S2，根据三相交流电压等效合成矢量，并得到该合成矢量的旋转角度；

步骤S3，通过合成矢量的旋转角度判断电网电压相序是否为负序，若是，则交换电网电压正序所得到的正负序分量的计算结果；

步骤S4，电网电压相序反相处理时，复用电网电压正序在静止坐标系到旋转坐标系的变换公式。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，A相、B相和C相的三相交流电压等效合成矢量为V，合成矢量V的旋转角度为θ，提取旋转角度θ获得sin(θ)和cos(θ)，其中sin(θ)为合成矢量V的旋转角度正弦值，cos(θ)为合成矢量V的旋转角度余弦值。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，通过公式θ-θ_old≈sin(θ-θ_old)＝sin(θ)cos(θ_old)-cos(θ)sin(θ_old)判断电网电压相序是否为负序，其中，θ为当前控制周期的旋转角度，θ_old为上一个控制周期的旋转角度，sin(θ)为当前旋转角度的正弦值，cos(θ)为当前旋转角度的余弦值，sin(θ_old)为上一周期旋转角度的正弦值，cos(θ_old)为上一周期旋转角度的余弦值；当θ-θ_old>0，判断为电网电压正序；当θ-θ_old<0，判断为电网电压负序。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，三相交流电压经过两相αβ坐标系变换后，得到电压正序分量和电压负序分量分别在两相αβ坐标轴上的投影。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，当电网电压正序时，合成矢量V逆时针旋转该合成矢量V与α轴的夹角θ；当电网电压负序时，合成矢量V顺时针旋转该合成矢量V与α轴的夹角为θ。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S3中，当电网电压正序时，三相电网电压正负序分量在αβ轴上的投影分别包括电压正序分量在α轴上的投影Valpha+、电压正序分量在β轴上的投影Vbeta+、电压负序分量在α坐标轴上的投影Valpha-和电压负序分量在β轴上的投影Vbeta-；当电网电压负序时，将电网电压负序与电网电压正序的结果互换，此时，所述三相电网电压正负序分量在αβ轴上的投影分别包括电压正序分量在α轴上的投影Valpha+’、电压正序分量在β轴上的投影Vbeta+’、电压负序分量在α坐标轴上的投影Valpha-’和电压负序分量在β轴上的投影Vbeta-’；其中，Valpha+’＝Valpha-，Vbeta+’＝Vbeta-，Valpha-’＝Valpha+，Vbeta-’＝Vbeta+。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，电网电压相序反相处理时，复用电网电压正序在αβ坐标系到dq坐标系的dq变换公式，处理锁相跟踪方向不同所带来的边界条件。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S4中，当电网电压正序时，旋转角度θ为正，每次进入循环控制周期，锁相调节器的输出值在原来基础上增加Δθ，锁相调节器的输出值清零；当电网电压负序时，旋转角度θ为负，每次进入循环控制周期，锁相调节器的输出值在原来基础上增加Δθ，锁相调节器的输出值清零；其中，Δθ是每个高频控制周期电压矢量角度变换量。

本发明还提供一种基于正负识别的三相相序自适应控制系统，采用了如上所述的基于正负识别的三相相序自适应控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：根据三相交流电压等效合成矢量，并得到该合成矢量的旋转角度，然后通过合成矢量的旋转角度判断电网电压相序是否为负序，若是，则交换电网电压正序所得到的正负序分量的计算结果，也就是说，在电网电压负序时直接将电网电压负序与电网电压正序的结果互换，进而直接利用正序处理的结果，不需要重新计算，大大简化计算过程；本发明无需对三相电力电子设备增加额外的捕获电路，无需更改配线且无需增加成本，便能够对三相电力电子设备实现相序锁定和控制。

附图说明

图1是本发明一种实施例的工作流程示意图；

图2是本发明一种实施例在电网电压正序时的投影和旋转工作原理示意图；

图3是本发明一种实施例在电网电压负序时的投影和旋转工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供一种基于正负识别的三相相序自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤S1，判断电网A相、B相和C相的三相交流电压有效数值是否都在正常范围内，若是则跳转至步骤S2，若否则发出电网电压异常警报信号；

步骤S2，根据三相交流电压等效合成矢量，并得到该合成矢量的旋转角度；

步骤S3，通过合成矢量的旋转角度判断电网电压相序是否为负序，若是，则交换电网电压正序所得到的正负序分量的计算结果；

步骤S4，电网电压相序反相处理时，复用电网电压正序在静止坐标系到旋转坐标系的变换公式。电网电压正序指的是电网电压值为正序，电网电压负序指的是电网电压值为负序(反序)；所述电网电压相序反相处理指的是电网电压负序时，将电网电压负序与电网电压正序的结果互换，进而直接利用电网电压正序的结果；所述静止坐标系指的是静止的两相αβ坐标，所述旋转坐标系指的是旋转后的dq坐标；所述旋转坐标系的变换公式指的是Vα＝cos(θ)*Vd-sin(θ)*Vq和Vβ＝sin(θ)*Vd+cos(θ)*Vq,其中Vα和Vβ分别为两相αβ坐标的坐标分量,Vd和Vq分别为dq坐标的坐标分量；θ为旋转角度，也就是相位。本例电网A相、B相和C相三相交流电压分别为VA、VB和VC；所述步骤S2中，A相、B相和C相的三相交流电压等效合成矢量为V，合成矢量V的旋转角度为θ，提取旋转角度θ获得sin(θ)和cos(θ)，其中sin(θ)为合成矢量V的旋转角度正弦值，cos(θ)为合成矢量V的旋转角度余弦值。

根据工程近似计算公式，当旋转角度θ角度比较小的时候，该旋转角度θ和正弦值sinθ近似相等；本例所述步骤S3中，通过公式θ-θold≈sin(θ-θold)＝sin(θ)cos(θold)-cos(θ)sin(θold)判断电网电压相序是否为负序，其中，θ为当前控制周期的旋转角度，θold为上一个控制周期的旋转角度，sin(θ)为当前旋转角度的正弦值，cos(θ)为当前旋转角度的余弦值，sin(θold)为上一周期旋转角度的正弦值，cos(θold)为上一周期旋转角度的余弦值；当θ-θold>0，可以理解为旋转角度θ的角度增加，判断为电网电压正序；当θ-θold<0，可以理解为旋转角度θ的角度减小，判断为电网电压负序，电网电压负序也可以称为电网电压反序。

本例步骤S3中，电网电压正序按照常规方式计算处理，也就是说，可以直接通过合成矢量V逆时针旋转，即采用现有技术中dq坐标的q轴锁相算法，q轴锁相算法主要是通过PI(比例积分)控制器使q轴分量为零即实现锁相的算法；电网电压反序时，交换电网电压正序的时候得到的αβ正负序分量计算结果表达式。

本例所述步骤S3中，三相交流电压经过两相αβ坐标系变换后，得到电压正序分量和电压负序分量分别在两相αβ坐标轴上的投影。

具体为，三相交流电压分别为VA、VB和VC，经过三相静止ABC坐标系到两相静止αβ坐标系变换之后，得到电压正序分量和电压负序分量分别在αβ坐标轴上的投影。电压正序分量在α轴上的投影为Valpha+；电压正序分量在β轴上的投影为Vbeta+；电压负序分量在α坐标轴上的投影分别为Valpha-；电压负序分量在β轴上的投影为Vbeta-。

本例所述步骤S3中，当电网电压正序时，合成矢量V逆时针旋转该合成矢量V与α轴的夹角θ；当电网电压负序时，合成矢量V顺时针旋转该合成矢量V与α轴的夹角为θ。

如图2所示，电网电压正序时，三相电压等效合成矢量V，合成矢量V逆时针旋转该合成矢量V与α轴的夹角θ。合成矢量V的正序分量在与其同向逆时针旋转的同步速dq坐标系中呈现为直流量，而在与其反向顺时针旋转的同步速坐标系中呈现为2倍频交流量。

如图3所示，电网电压反序时，三相电压等效合成矢量V,合成矢量V顺时针旋转该合成矢量V与α轴的夹角为θ，合成矢量V的正序分量在与其同向顺时针旋转的同步速dq坐标系中呈现为直流量，而在与其反向逆时针旋转的同步速坐标系中呈现为2倍频交流量。

本例所述步骤S3中，当电网电压正序时，三相电网电压正负序分量在αβ轴上的投影分别包括电压正序分量在α轴上的投影Valpha+、电压正序分量在β轴上的投影Vbeta+、电压负序分量在α坐标轴上的投影Valpha-和电压负序分量在β轴上的投影Vbeta-；当电网电压负序时，将电网电压负序与电网电压正序的结果互换，此时，所述三相电网电压正负序分量在αβ轴上的投影分别包括电压正序分量在α轴上的投影Valpha+’、电压正序分量在β轴上的投影Vbeta+’、电压负序分量在α坐标轴上的投影Valpha-’和电压负序分量在β轴上的投影Vbeta-’；其中，Valpha+’＝Valpha-，Vbeta+’＝Vbeta-，Valpha-’＝Valpha+，Vbeta-’＝Vbeta+。也就是说,当电网电压负序则直接利用正序处理的结果，不需要重新计算，大大简化计算过程。

本例所述步骤S4中，电网电压相序反相处理时，复用电网电压正序在αβ坐标系到dq坐标系的dq变换公式，处理锁相跟踪方向不同所带来的边界条件。

设锁相调节器的输出值为PLL_theta，电网电压负序(相序反)的条件下仍然利用电网电压正序(相序为正)条件下的q轴锁相算法，提取正负序的时候旋转角度θ的数值差一个符号，所以必须处理锁相跟踪方向不同带来的边界条件。

所述步骤S4中，如图2所示，当电网电压正序时，旋转角度θ为正，每次进入循环控制周期，锁相调节器的输出值PLL_theta在原来基础上增加Δθ，Δθ是每个高频控制周期电压矢量角度变换量，如锁相调节器的输出值PLL_theta大于360度，则边界条件为1个工频周期电压矢量旋转360度，锁相调节器的输出值清零；如图3所示当电网电压负序时，旋转角度θ为负，每次进入循环控制周期，锁相调节器的输出值在原来基础上增加Δθ，Δθ是每个高频控制周期电压矢量角度变换量，如锁相调节器的输出值PLL_theta小于-360度，则边界条件为1个工频周期电压矢量旋转-360度，锁相调节器的输出值清。

本例还可以提供一种基于正负识别的三相相序自适应控制系统，采用了如上所述的基于正负识别的三相相序自适应控制方法。

本例根据三相交流电压等效合成矢量，并得到该合成矢量的旋转角度，然后通过合成矢量的旋转角度判断电网电压相序是否为负序，若是，则交换电网电压正序所得到的正负序分量的计算结果，也就是说，在电网电压负序时直接将电网电压负序与电网电压正序的结果互换，进而直接利用正序处理的结果，不需要重新计算，大大简化计算过程；本例不增加硬件成本，仅仅在软件控制上优化完成自适应相序控制，本例无需对三相电力电子设备增加额外的捕获电路，无需更改配线且无需增加成本，便能够对三相电力电子设备实现相序锁定和控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。