一种用于克服电网直流偏置的谐波检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于存在直流偏置的畸变电网的谐波检测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，作为集中式发电的有效补充，分布式发电技术及其系统已日趋成熟。随着 单位千瓦电能生产价格的不断下降，分布式发电正得到越来越广泛的应用。同时，谐波及其 引起的谐振问题受到越来越多的人关注。分布式能源发电采用的并网逆变器属于电力电子 设备，现如今越来越多电力电子设备的应用，会对配电网注入大量谐波，造成了日益严重的 谐波污染。相比于传统电网，微网和主动配电网系统的谐波现象呈现出新的特点。
[0003] 为解决逆变器并网带来的谐波问题，需要在并网逆变器与电网之间加设滤波装 置。传统的LCL滤波器对于高频谐波电流表现出很大阻抗，但对于某些特定频次的谐波表现 的阻抗很小，这些特定频次的谐波电流不但不会被抑制，反而会被LCL滤波器放大。传统无 源阻尼方法，如在LCL滤波器电容支路串联阻尼电阻，增加了滤波器在谐振频率处的阻尼。 但引入的无源阻尼电阻带来了额外损耗，引起变换器发热。近年来，相关学者提出有源阻尼 的方法，通过控制算法来增加系统的阻尼，电路中不增加耗能元件，不存在阻尼损耗问题。
[0004] 谐波检测是有源阻尼应用中非常重要的一环，在畸变电网下，谐波检测的精度直 接影响有源阻尼器的作用效果。目前对广义谐波电流的检测方法都是以瞬时无功理论为基 础，但由于多个滤波器的引入，会引起相位滞后的问题，且瞬时功率理论检测谐波在实际应 用中存在无法限幅及带宽过宽等现实问题。因而选择性补偿策略更为适宜。
[0005] 选择性补偿策略是相对于全补偿策略而言的。实际应用的有源滤波器或有源阻尼 器通常采用选择性补偿策略，原因如下：（1)有源滤波器或有源阻尼器作为一种有源装置， 其带宽是有限的。随着谐波次数的提高，性能随之下降。通过大量的实践证明，对于20次以 上的谐波在实际配电网中含量是很少的，一般不予以考虑。（2)采用全补偿策略的有源滤波 器无法准确对发出电流的成分限幅，它只能将电流参考的最大值进行限制，造成新的谐波 的引入。而选择性补偿策略可以精确对无功及各次谐波电流的有效值进行限幅，同时不引 入新的谐波成分。（3)实际配电网存在一些固有谐振点，有源阻尼器可以通过选择性在系统 固有谐振点处增加等效阻尼，增强系统稳定性。
[0006] 有源阻尼器要实现选择性阻尼的功能，就需要进行敏感次谐波单独提取。在电网 畸变情况，由于地磁干扰或电网故障等的原因，电网中会出现直流偏置，这就要求谐波检测 装置在直流偏置情况下仍然可以实现高精度检测。
【发明内容】
[0007] 本发明是为了解决现有的在电网畸变情况，由于地磁干扰或电网故障等的原因， 电网中会出现直流偏置，导致谐波检测装置在直流偏置情况下检测精度低的问题。现提供 一种用于克服电网直流偏置的谐波检测方法。
[0008] -种用于克服电网直流偏置谐波检测方法，它包括以下步骤：
[0009]步骤一、根据电网系统中所有元件和设备的谐波特性建立网络模型，根据网络模 型确定电网中易发生谐振的位置，与谐振敏感元件位置，取该位置处电压信号为νιη，采用多 三阶广义积分系统检测电网中的各次谐波；
[0010]步骤二、将步骤一中的谐振敏感元件位置处的电压信号Vin作为输入信号Vin与各 次谐波作差，
和频率锁定环节输出信号的基波角频率ω。作为三 阶广义积分频率自适应环节的输入信号，三阶广义积分频率自适应环节的输出信号分别为 vdthvdthvXt)和实际输出的偏差信号e(t);
[0011] 步骤三、将e (t) -V3 (t)作为三阶广义积分频率自适应环节中输入值e的输入信号， 将^(丨)13(〇作为三阶广义积分频率自适应环节中输入值％的输入信号，通过三阶广义积 分频率自适应环节获得系统输出信号的基波角频率ω。，从而消除了直流偏置对基波角频 率ω。的影响，实现基波角频率稳定输出，将基波角频率ω。乘上 η，得到η次谐波频率η ω。，其 中η为总谐波次数；
[0012] 步骤四、采用多个三阶广义积分器，将得到的η次谐波频率η ω。作为三阶广义积分 环节的实际角频率ω的给定值，使各次谐波实现带通输出，从而消除直流偏置的影响，实现 在直流偏置的畸变电网下检测各次谐波电流。
[0013] 本发明的有益效果为:实现在存在直流偏置的畸变电网下的准确谐波检测。利用 三阶广义积分环节生成的正交信号，^(0与^(〇1 3(〇项消除输入信号中的直流分量对 频率锁定环节的影响。将e(t)-V3(tWP V2(t)-V3(t)作为FLL的输入信号，通过频率锁定环节 FLL获得系统输入信号的基波角频率ω。，消除了直流偏置对角频率ω。的影响，实现了角频 率稳定输出，进而获得各次谐波频率ηω。。采用多个三阶广义积分器，将得到的各次谐波频 率η ω。作为三阶广义积分积分环节的频率给定，使各次谐波实现带通输出，消除直流偏置 的影响。使得检测精度提高了 4倍以上。
【附图说明】
[0014] 图1是多三阶广义积分谐波检测结构图；
[0015] 图2是三阶广义积分结构图；
[0016]图3是三阶广义积分频率自适应环节结构图；
[0017] 图4是多三阶广义积分谐波检测系统频率响应曲线图；
[0018] 图5是畸变电网下多二阶广义积分谐波检测系统输出角频率响应曲线图；
[0019] 图6是畸变电网下多三阶广义积分谐波检测系统输出角频率响应曲线图；
[0020] 图7是畸变电网下基波检测结果曲线图；
[0021] 图8是畸变电网下各次谐波检测结果曲线图。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0022] 一：参照图1至图8具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用 于克服电网直流偏置的谐波检测方法，它包括以下步骤：
[0023] 步骤一、根据电网系统中所有元件和设备的谐波特性建立网络模型，根据网络模 型确定电网中易发生谐振的位置，与谐振敏感元件位置，取该位置处电压信号为ν ιη，采用多 三阶广义积分系统检测电网中的各次谐波；
[0024]步骤二、将步骤一中的谐振敏感元件位置处的电压信号为νιη作为输入信号νιη与 各次谐波作差，
和频率锁定环节输出信号的基波角频率ω。作为 三阶广义积分频率自适应环节的输入信号，三阶广义积分频率自适应环节的输出信号分别 为^(〇、^(〇、^(〇和实际输出的偏差信号以〇;
[0025]步骤三、将e (t) -V3 (t)作为三阶广义积分频率自适应环节中输入值e的输入信号， 将^(丨)13(〇作为三阶广义积分频率自适应环节中输入值％的输入信号，通过三阶广义积 分频率自适应环节获得系统输出信号的基波角频率ω。，从而消除了直流偏置对基波角频 率ω。的影响，实现基波角频率稳定输出，将基波角频率ω。乘上 η，得到η次谐波频率η ω。，其 中η为总谐波次数；
[0026]步骤四、采用多个三阶广义积分器，将得到的η次谐波频率η ω。作为三阶广义积分 环节的实际角频率ω的给定值，使各次谐波实现带通输出，从而消除直流偏置的影响，实现 在直流偏置的畸变电网下检测各次谐波电流。
[0027] 本实施方式中，有源阻尼器要实现选择性阻尼的功能，就需要进行敏感次谐波单 独提取。在电网畸变情况，由于地磁干扰或电网故障等的原因，电网中会出现直流偏置，这 就要求谐波检测装置在直流偏置情况下仍然可以实现高精度检测。
[0028] 确定系统中所有元件和设备的谐波特性，若不含变压器，则直接建立网络模型;如 果系统中存在变压器，则将阻抗参数进行标么化，以标么值的形式与其它元件一起建立网 络模型，确定系统的谐振频率fs。
[0029] 考虑有源阻尼器要实现选择性阻尼的功能，需要进行敏感次谐波单独提取。设置 图1的多三阶广义积分系统检测谐波频率为基波频率、常见低次谐波与系统敏感次谐波，即 检测系统谐振频率f s，及其附近次谐波；
[0030]对第i个谐波通道，将除自身外的各次谐波以及基波作为反馈信号，送给第i个谐 波通道，该反馈可消除其他次谐波对输出的干扰，保证检测结果的精度，
和频率锁定环节输出角频率η ω。作为输入。
[0031] 采用图1的三阶广义积分谐波检测系统对电网中的各次谐波Vdl、Vd3和Vd5进行检
测，然后电压信号νιη作为输入信号νιη与各次谐波作差，作差后的信号 锁定环节输出信号的基波角频率ω。作为图3中的三阶广义积分频率自适应环节的T0G1输 入信号，三阶广义积分频率自适应环节的TOG 1输出V1 (t)、v2 (t)、V3 (t)和实际输出的偏差信 号e(t)，将e(t)-v3(t)作为三阶广义积分频率自适应环节中FLL输入值e的输入信号，将 V2 (t)-v3(t)作为三阶广义积分频率自适应环节中FLL输入值vq的输入信号，通过FLL输出信号 的基波角频率ω。，将η次谐波频率η ω。作为图1中三阶广义积分环节的角频率ω的给定值， 使各次谐波实现带通输出，从而消除直流偏置的影响，实现