专利名称：一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测电网电压信号的装置，具体涉及一种动态响应速度快、能够消除 不对称和谐波干扰、准确提取电网信号的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置。
背景技术：
在新能源发电中，各种分布式电源通过电力电子变流器并网，要实现并网变流器 与电网的同步运行，需检测电网电压的频率、相位和基波分量，即提取电网电压信号，同时 电网电压信号还可能会参与变流器的控制。电网电压信号提取装置的性能会影响分布式发 电系统的并网运行性能。随着电网环境的变化和变流器技术的不断发展，并网变流器对电 网电压信号提取的要求也在不断提高。大规模新能源发电并入电网，电网也对新能源发电 参与系统频率控制也提出了要求。非理想工况下，电网电压可能会出现不对称、谐波和频率 变化等。电网电压信号检测装置也需要在非理想工况下具有良好的同步性能，同时动态响 应速度也是需要考虑的一个重要指标。在近似认为电网频率恒定的情况下，瞬时对称分量法和基于瞬时对称分量法的延 时信号对消法，以及空间矢量滤波法均被用于电网电压信号的检测，并得到了较好的效果。 但当电网频率变动时，检测结果受到影响，同步效果差。在新能源发电网系统中，接入点的 电网频率会存在波动。因此应用于新能源发电并网的电网电压信号检测装置还需具有频率 自适应性。基于dq变换的同步参考坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL, SRF-PLL)方法具有频率自适应功能，该装置在理想电网电压情况下可以实现优越的同步效 果，已得到了广泛的应用。但在电网电压不对称和含有谐波的非理想工况下，同步效果受 到极大影响。在电网电压不对称的情况下，电压负序分量在dq轴坐标系分量上存在二倍工 频波动，为了消除负序分量对同步性能的影响，可以采用降低低通滤波器带宽的方法来提 高同步效果，但动态响应速度会受到影响。为了在同步效果和动态响应速度方面进行折中， 许多文献提出了不同的解决方案。如采用双二阶通用积分器得到和电网电压正交的90° 移相信号，先进行正负序分解避免二倍工频分量的产生，然后进行dq变换以消除负序分量 的影响。以及基于正序dq轴坐标系分解的解耦双同步参考坐标系锁相环(DDSRF-PLL)， DDSRF-PLL是解决电网不平衡对电网电压信号检测的影响问题较为优秀的解决方案。另外 以自适应滤波器(ANF)为基础的具有频率自适应功能的非线性同步方案也由单相系统的 应用，通过对每相分别采用一个ANF单元进行锁相推广用于三相系统，可解决电网电压不 对称的问题。采用附加的第四个ANF单元改善频率跟踪性能的增强型PLL(EPLL)也被用于 解决负序分量的问题。为了解决谐波对同步效果的影响，上述方案均以降低带宽，牺牲动态 响应速度为代价，而采用附加的时变滤波单元来抵消部分谐波的影响，实现非常复杂。基于 解耦多坐标系统锁相环的电压控制方法进行了有限的谐波解耦，不具有通用性，并且频率 信号提取是没有经过低通滤波器，当含有高次谐波时，将不能准确提取频率。综上所述，现有检测电网信号的装置存在以降低带宽，牺牲动态响应速度为代价来减小谐波的干扰，控制运算复杂等缺陷。
发明内容
本发明的目的是，提供一种动态响应速度快、能够消除不对称和谐波干扰、准确提 取电网信号、并具有通用性的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置。本发明的 技术方案是这样的—种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，其特征是包括dq轴坐标 系变换电路巧、d轴解耦网络Dd (h，X1，X2，……，xn)、q轴解耦网络Dq (h，X1，X2，……，xn)、 PI调节器和积分器I ；其中，dq轴变换电路的h = 1,-1,2,-2……η ；dq轴变换电路将输 入的电网电压采样信号Uab。变换到dq轴坐标系中，得到d轴变换电压ud(h)和q轴变换电压 uq(h) ；d轴变换电压ud(h)输入到d轴解耦网络Dd(h，χι;χ2,……，xn)得到h次d轴解耦直流 分量^，q轴变换电压U+)输入到q轴解耦网络Dq(h，X1, X2,……，Xn)得到h次q轴解耦 直流分量< ；其中当h = 1时的1次q轴解耦直流分量 输入PI调节器，PI调节器输出电 网电压采样信号uab。的角频率 ，角频率 通过积分器I获得电网电压采样信号uab。的相位 θ ；相位浏乍为反馈，输入dq轴变换电路<、(！轴解耦网络Dd(h，Xl，x2，……，xn)和q轴解 耦网络Dq(h，X1, x2,……，xn)中。χ次d轴解耦直流分量％和X次q轴解耦直流分量<作为解耦网络的反馈，输入d 轴解耦网络
权利要求
1.一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，其特征是包括dq轴坐标系 变换电路巧、d轴解耦网络Dd(h，Xl，&，……，xn)、q轴解耦网络Dtl (h，Xl，x2，……，xn)、 PI调节器和积分器I ；其中，dq轴变换电路的h = 1,-1,2,-2……η ；dq轴变换电路将输 入的电网电压采样信号Uab。变换到dq轴坐标系中，得到d轴变换电压ud(h)和q轴变换电压 uq(h) ；d轴变换电压ud(h)输入到d轴解耦网络Dd(h，χι;χ2,……，xn)得到h次d轴解耦直流 分量0，q轴变换电压U+)输入到q轴解耦网络Dtl(h，X1, X2,……，Xn)得到h次q轴解耦 直流分量< ；其中当h = 1时的1次q轴解耦直流分量^输入PI调节器，PI调节器输出电 网电压采样信号uab。的角频率 ，角频率 通过积分器I获得电网电压采样信号uab。的相位 θ ；相位浏乍为反馈，输入dq轴变换电路《、(！轴解耦网络Dd(h，Xl，x2，……，xn)和q轴解 耦网络Dtl(h，X1, x2,……，xn)中。
2.根据权利要求1所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，其 特征是x次d轴解耦直流分量％和χ次q轴解耦直流分量<作为解耦网络的反馈，输入d轴解耦网络Dd (h，Xi，Χ·2' ，xn)和q轴解耦网络Dtl(h，X1, x2,.,xn)中，χ = 1, -1,
3.根据权利要求1所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，其特 征是所述电网电压采样信号uab。表示为
4.根据权利要求1或2或3所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装 置，其特征是所述dq轴变换电路中，电网电压采样信号Uab。首先变换到α β坐标系，变 换过程为
5.根据权利要求1或2或3所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装 置，其特征是所述dq轴变换电路: 中，电网电压采样信号Uab。变换到dq轴坐标系的变换 过程为
6.根据权利要求1或2或3所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测 装置，其特征是所述d轴解耦网络Dd(h，X1, x2,……，xn)包括h-x次乘法器、d轴正弦 运算器、d轴余弦运算器、d轴乘法器、q轴乘法器、解耦运算器和低通滤波器；其中，相位g 输入h-x次乘法器，h-x次乘法器的输出端同时与d轴正弦运算器和d轴余弦运算器的输 入端连接，d轴余弦运算器的输出和χ次d轴解耦直流分量巧同时输入d轴乘法器中得到 Uxd -C0S(Zz-X)诚，d轴正弦运算器的输出和χ次q轴解耦直流分量^同时输入q轴乘法器中 得到< .sin(/7-χ)ω ) ；d轴变换电压ud(h),-Uxd-cos(/z-χ)敁和- : .sin(/z-x)敁)同时输入解耦运算器中进行求和运算；解耦运算器输出解耦值、并将其输入到低通滤波器中，得到h次d轴解耦直流分量％，其中
7.根据权利要求6所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，其特征是 低通滤波器的传递函数为:G⑷=
8.根据权利要求1或2或3所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测 装置，其特征是所述q轴解耦网络Dtl(h，X1, X2,……，xn)包括h-x次乘法器、q轴正弦 运算器、q轴余弦运算器、d轴乘法器、q轴乘法器、解耦运算器和低通滤波器；其中，相位g 输入h-x次乘法器，h-x次乘法器的输出端同时与q轴正弦运算器和q轴余弦运算器的输 入端连接，q轴余弦运算器的输出和X次q轴解耦直流分量<同时输入q轴乘法器中得到 "；· cos(A-x)^，q轴正弦运算器的输出和χ次d轴解耦直流分量g同时输入d轴乘法器中 得到W · sin(/2 - χ)ω ； q轴变换电压Utlih)、-( cos(h - χ)铋和巧.sin(h -χ)纽同时输入解耦运 算器中进行求和运算；解耦运算器输出解耦值<(；0并将其输入到低通滤波器中，得到h次q 轴解耦直流分量<，其中h = 1，_1，2，-2……，η ;x = 1，_1，2，-2……，η且χ乒h。
9.根据权利要求8所述的一种采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，其特 征是解耦值"⑷=uIW _ Σ (“？ . cos(hK . sin(/z _ χ)ω )；低通滤波器的传递函数为
全文摘要
本发明涉及采用多同步参考坐标系变换的电压信号检测装置，该装置具有动态响应速度快、能够消除不对称和谐波干扰、准确提取电网信号的特点，包括dq轴坐标系变换电路d轴解耦网络Dd(h，x1，x2，……，xn)、q轴解耦网络Dq(h，x1，x2，……，xn)、PI调节器和积分器I。该装置通过参考坐标系变换方法解耦各次谐波，以消除电网电压采样信号中谐波的影响，而不需要以降低滤波器的带宽来减小各次谐波对电网电压信号提取的影响。在解耦网络中，通过h次谐波解耦通道消除谐波对电网电压信号提取的影响，通过PI调节器和积分器I能准确提取电网电压的频率、相位和正负序基波分量。
文档编号G01R19/00GK102095915SQ201010558209
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者周雒维, 李珊瑚, 杜雄 申请人:重庆大学