专利名称：具有频率响应自适应性的同步信号检测装置及检测方法
技术领域：
本发明涉及变频条件下电压信号检测技术领域，特别涉及航空电源系统的同步信号检测装置及同步信号检测方法。
背景技术：
在航空电源系统中，在线跟踪频率变化，准确快速地提取出同步信号是系统运行、 控制和调节的基础，是提高电能质量的前提。近年来，国外飞机电源系统以b0eing787和 A380为代表标示着变频交流电源系统已成为一个新的发展趋势。这种电源系统基波频率变化范围为360Hz-800Hz。现有的同步信号检测方法多基于工频”50Hz/60Hz)条件下的研究。在地面电力系统(50Hz/60Hz)中应用较多的是同步参考坐标系锁相环(Synchronous Reference Frame PLL，SRF-PLL)。该方法具有频率响应自适应功能，而且在理想电网电压情况下能够在2个周期内准确提取出所需要的同步信号，在准确性以及快速性上兼顾，具有优越的同步效果。 但在电网电压不对称的非理想工况下，输入的负序分量将在dq轴上产生二倍工频波动，使提取效果受到极大影响。为了消除负序分量对同步性能的影响，可以通过降低低通滤波器带宽的方法来提高同步效果，但动态响应速度会降低。以自适应陷波器(ANF)为基础的具有频率自适应功能的非线性同步方案，通过对每相分别采用一个ANF单元提取所需的基波分量以及90度移相分量，使用对称分量法提取出正序分量。现在常用的ANF结构，其稳定轨道的状态变量直接为输入电压信号的估计值， 具有良好的频率响应自适应性，并且能够在不对称情况下快速的提取出正负序分量。这在频率变化范围小的地面电源系统中应用时几乎不成为问题，而在电源频率变化范围大的情况下，如航空电源，频率变化范围超过一倍，其频率检测响应快速性也随着频率的变化相差一倍。因此，现有的基于ANF的同步信号检测装置及同步信号检测方法不能满足同步信号检测的需要。
发明内容
本发明的目的之一是，提供另一种动态响应速度不受基波频率变化影响、能够在不对称及变频情况下准确提取同步信号的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，该频率响应自适应同步信号检测装置适用于三相电压环境。本发明的目的是这样实现的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，用于三相电压环境中，包括α β轴坐标系变换电路Τ3/2，接收电网电压采样信号Uab。，将电网电压采样信号uab。 变换到α β轴坐标系中，得到α轴变换电压值Ua和β轴变换电压值U0 ；α轴子陷波器单元ANF-a，接收α轴误差信号ea以及α轴90度移相分量
Sgo1^fa ；β轴子陷波器单元ANF-β，接收β轴误差信号ee以及β轴90度移相分量
权利要求
1.一种具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，应用于三相电压环境中，其特征在于包括α β轴坐标系变换电路(Τ3/2)，接收电网电压采样信号Uab。，将电网电压采样信号uab。 变换到α β轴坐标系中，得到α轴变换电压值Ua和β轴变换电压值U0 ；α轴子陷波器单元(ANF-a)，接收α轴误差信号ea以及α轴90度移相分量^1^ ； β轴子陷波器单元(ANF-β)，接收β轴误差信号ee以及β轴90度移相分量^tlUfe ； 频率检测单元，接收α轴变换电压值ua、β轴变换电压值ue、α轴基波分量ufa、a 轴90度移相分量&Qufa、i3轴基波分量Ufe以及β轴90度移相分量，获得电网电压采样信号Uab。的角频率θ ；对称分量提取单元，接收α轴基波分量Ufa、α轴90度移相分量^lUfa、β轴基波分量Ufe以及β轴90度移相分量^tlUfe，获得正序值以及负序值^^ ；正负序dq轴坐标系变换电路(T2/2)，接收正序值以及负序值《，获得正负序dq值。
2.根据权利要求1所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，其特征在于所述电压采样信号uab。表示为
3.根据权利要求2所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，其特征在于α β轴坐标系变换电路Τ3/2通过下式变换电网电压采样信号Uab。到α β轴坐标系
4.根据权利要求3所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，其特征在于所述对称分量提取单元通过以下两式将正序值以及负序值< 提取出来
5.根据权利要求4所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，其特征在于 所述正负序dq轴坐标系变换电路T2/2通过以下两式将正序值〃“以及负序值《妙从α β轴坐标系变换到dq轴坐标系
6.根据权利要求1至5中任一项所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置， 其特征是所述α轴子陷波器单元ANF-α与β轴子陷波器单元ANF-β的结构分别如图 2所示，包括乘法器I 1、乘法器II 2、乘法器1113、比例放大器I 4、加法器I 5、积分器I 6、积分器II 7和反向器8;其中，乘法器I 1接收输入误差信号e与检测角频率θ并输出θ e ； 比例放大器I 4将θ e乘以一个比例参数2 ζ值并输出2 ζ θ e ; 加法器I 5将比例放大器I 4获得的值减去乘法器III3的输出值θ 2X，获得状态变量 X的二阶导数二 ；积分器I 6，接收状态变量X的二阶导数〗,积分获取;;,即提取的基波分量Uf。积分器II 7，接收〗,积分获取状态分量χ ；乘法器II 2接收状态分量χ与检测角频率θ并输出ΘΧ;乘法器ΙΙΙ3接收θ χ与检测角频率θ并输出θ 2Χ;反向器8接收乘法器ΙΙΙ3获得的值，并输出-θ χ，即90度移相分量^uf。
7.根据权利要求6所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，其特征是所述频率检测单元包括α轴加法器11、α轴乘法器12、β轴加法器13、β轴乘法器14、误差运算器15、比例放大器II 16、前馈乘法器17和积分器ΙΙΙ18 ；其中，α轴加法器11接收α轴变换电压值Ua和α轴基波分量Uf a，运算获得α轴误差信号60并输出；α轴乘法器12接收α轴误差信号ea和α轴90度移相分量^tlUfa，运算获得 ea XS90Ufa 并输出；β轴加法器13接收β轴变换电压值ue和β轴基波分量Ufe，运算获得β轴误差信号60并输出；β轴乘法器14接收β轴误差信号ee和β轴90度移相分量^tlUfe，运算获得 ee XS9tlUfe 并输出；误差运算器15接收ea X&Qufa和WX^1Ufe，运算获得eaX&Qufa+eeX&Qufe并输出；比例放大器II 16将ea X&Qufa+ee X&Qufe乘以一个比例参数Y值并输出； 前馈乘法器17将比例放大器II 16获得的值乘以检测角频率θ，获得检测频率变化率<9；积分器III 18，接收检测频率变化率运算获取检测角频率θ，并将其反馈到前馈乘法器17。
8.根据权利要求7所述的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，其特征是通过下式运算获得检测角频率θ ^ = J,,(",“');其中i= α,
9. 一种具有频率响应自适应性的同步信号检测方法，其特征在于包括如下步骤1)接收电网电压采样信号Uab。，将电网电压采样信号Uab。变换到αβ轴坐标系中，得到 α轴变换电压值Ua和β轴变换电压值U0 ；2)从α轴变换电压值中获取α轴基波分量ufa以及α轴90度移相分量^tlUfa； 从β轴变换电压值中获取β轴基波分量Ufe以及β轴90度移相分量^1Ufe ；3)通过α轴变换电压值Ua、β轴变换电压值U0、α轴基波分量Ufa、α轴90度移相分量Ιο+。、β轴基波分量Ufe以及β轴90度移相分量^tlUfe，获得电网电压采样信号 Uabc的角频率θ ；4)通过α轴基波分量Ufa、α轴90度移相分量^tlUfPβ轴基波分量Ufe以及β轴 90度移相分量S9tlUfe，获得正序值< 以及负序值"μ ；5)通过接收正序值〃;？以及负序值“冲，获得正负序dq值。
全文摘要
本发明涉及变频条件下电压信号检测技术领域，特别涉及航空电源系统的同步信号检测装置及同步信号检测方法；本发明的具有频率响应自适应性的同步信号检测装置，应用于三相电压环境中，包括αβ轴坐标系变换电路、α轴子陷波器单元、β轴子陷波器单元、频率检测单元、对称分量提取单元和dq轴坐标系变换电路；本发明还提供一种具有频率响应自适应性的同步信号检测方法；本发明可消除电压采样信号中基波频率变化给同步信号提取的动态响应速度带来的影响。
文档编号G01R23/02GK102269777SQ20111014099
公开日2011年12月7日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者周雒维, 孙鹏菊, 杜雄, 王莉萍 申请人:重庆大学