一种三相正序分量的提取方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种三相正序分量的提取方法。

背景技术：

由于DSP芯片的发展，三相数字锁相技术已在电力电子装置中得到了广泛的应用，在锁相过程中，由于输入三相信号的不对称以及信号中的谐波分量的存在，会引起输出的相位的前后摆动，这将影响电力电子装置工作的稳定性及输出的电能质量；为了解决此问题，在锁相过程中，要对相关的信号进行滤波处理，以保证输出相位的均匀度；目前常用的方法是对坐标转换后的q轴的信号采用梳状滤波器进行滤波。

现有的技术对于三相和单相信号进行数字锁相时，要分别进行处理；对于单相信号，需要把原输入信号进行2次移相，产生一个原输入信号幅值相等，相差为90度的虚拟信号，然后对这2相信号进行数字锁相，锁相过程与三相信号类似。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种三相正序分量的提取方法，通过衰减输入信号中的高次谐波分量、剔除信号中的零序分量和采用移相叠加原理提取正序分量等步骤，从而使提取的正序分量进行数字锁相时，具有占有内存小，运算简单的优点。

为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

一种三相正序分量的提取方法，包括以下步骤：

(1)衰减输入信号中的高次谐波分量，得到输出信号S1的相量如下：

其中，以S1_A、S1_B、S1_C代表输入信号S1中的A、B、C三相信号，S_A1Z、S_B1Z、S_C1Z是三相正序分量，S_A1F、S_B1F、S_C1F是三相负序分量，S_A10、S_B10、S_C10是三相信号中的零序分量；

(2)剔除S1信号中的零序分量，得到输出信号S2，具体运算公式如下：

S2_A＝S1_A-ΔS1/3

S2_B＝S1_B-ΔS1/3

S2_C＝S1_C-ΔS1/3

其中，设S1中的三相信号为S1_A、S1_B和S1_C,此三相信号的瞬时值之和为ΔS1通过去除S1_A、S1_B和S1_C之和的非零成分后即可得到只含有正序和逆序分量的信号S2(S2_A、S2_B、S2_C)；

(3)对S2中的三相进行不改变幅值、滞后60度的移相，采用相量相加原理得到输出信号S3。

进一步地，所述步骤(1)还可用公式代替。

进一步地，所述输入信号为单向信号的正序分量的提取方法与所述三相正序分量的提取方法相同。

本发明通过衰减输入信号中的高次谐波分量、剔除信号中的零序分量和采用移相叠加原理提取正序分量等步骤，从而使提取的正序分量进行数字锁相时，具有占有内存小，运算简单的优点。

附图说明

图1为本发明实施例中三相正序、逆序和零序分量的相量图；

图2为本发明实施例中去除高次谐波后的输出信号S1的各分量的相量表示图；

图3为本发明实施例中剔除S1信号中的零序分量后的S2的相量表示图；

图4为本发明实施例中S2移相60度后所得到的输出信号S3的相量表示图；

图5为本发明实施例中正序相量合成过程示意图；

图6为本发明实施例中单相信号中的三相正序分量的提取示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例方式来进一步的说明本发明的技术方案。

如图1～5所示，一种三相正序分量的提取方法，包括以下步骤：

设输入信号为S，

(1)衰减输入信号中的高次谐波分量，得到输出信号S1的相量如下：

其中，以S1_A、S1_B、S1_C代表输入信号S1中的A、B、C三相信号，S_A1Z、S_B1Z、S_C1Z是三相正序分量，S_A1F、S_B1F、S_C1F是三相负序分量，S_A10、S_B10、S_C10是三相信号中的零序分量；

(2)剔除S1信号中的零序分量，得到输出信号S2，具体运算公式如下：

S2_A＝S1_A-ΔS1/3

S2_B＝S1_B-ΔS1/3

S2_C＝S1_C-ΔS1/3

其中，设S1中的三相信号为S1_A、S1_B和S1_C,此三相信号的瞬时值之和为ΔS1通过去除S1_A、S1_B和S1_C之和的非零成分后即可得到只含有正序和逆序分量的信号S2(S2_A、S2_B、S2_C)；

(3)对S2中的三相进行不改变幅值、滞后60度的移相，采用相量相加原理得到输出信号S3。

用字母S代表三相正弦波信号，以S_A、S_B和S_C代表S信号中的A、B、C三相信号，可用以下表达式进行表示：如图1所示，其中：S_AZ、S_BZ、S_CZ是三相正序分量，以S_AZ的相角作基准，S_BZ滞后S_AZ120度，S_CZ超前S_AZ120度；S_AF、S_BF、S_CF是三相负序分量，以S_AF的相角作基准，S_BF超前S_AF120度，S_CF滞后S_AF120度；三相信号中的零序分量S_A0、S_B0、S_C0是指相角和幅值相等的信号，即：S_A0＝S_B0＝S_C0；S_AG、S_BG、S_CG为输入信号中的高次谐波信号。

步骤(1)为衰减输入信号中的高次谐波分量一般情况下，输入的三相信号的失真度不会超过10％，如我国的商用电网的电压波形的失真度中一般不会超过5％，因此，可采用惯性环节的低通滤波器衰减输入波形S中的高次谐波，以得到用于数字锁相的波形质量良好的正弦波信号。本系统的滤波器采用对基波的相移为60度，增益系数为2的惯性环节，以保证输入输出正弦波的幅值相等，输出S1的相位滞后输入S的相位60度；经过此环节处理后的输出S1中的高次谐波，在工程意义上，可忽略不计；输出S1的相量可用图2表示，从图中可看出：正序、负序和零序分量都向后移了60度。

步骤(2)为剔除S1信号中的零序分量，运用运算公式处理后，S2中就只含有正序和逆序2种分量，与输入信号S1的相位相同，S2的相量图如图3所示。

步骤(3)采用与步骤(1)同样的惯性环节对S2中的三相进行不改变幅值并滞后60度的移相，得到如图4所示的输入信号S3，比较图3和图4后可以看出：S_A3F和S_B2F、S_B3F和S_C2F、S_C3F和S_A2F这3对负序相量幅值相等，相角互差180度。

通过比较图3和图4之后，步骤(4)采用相量相加的原理，把S3_A与S2_B相加，把S3_B与S2_C相加,把S3_C与S2_A相加,即可消去信号中的负序分量；正序分量的相加可采用平行四边形相量相加的原则进行合成，所得到的正序信号的幅值为原信号中所含有的正序信号幅值的倍，滞后原信号中正序分量30度的新的3相正序分量S_AZ、S_BZ和S_CZ，合成波形如图5所示，根据图5采用相量相加的原理，即可提取到与原信号中幅值和相位都相同的正序分量S_AZ0、S_BZ0和S_CZ0本例中提取的正序分量的方法运算更为简单。

本例中三相正序分量的提取方法还可应用于提高逆变器并联运行时的调节速度，提高逆变器并联时的均流精度和工作的稳定性，更进一步的说明，逆变器并联时，需要计算各台逆变器在一个周期内输出的有功功率和无功功率的平均值，以调节逆变器输出的相位和幅值，达到均流的目的。应用本例的方法提取出逆变器输出的电压和电流的正序分量，通过坐标转换的方法，直接投影到dq的旋转坐标平面上，通过简单的矢量的点积和差积运算，即可瞬时计算逆变器在一个周期内输出的有功功率和无功功率的平均值，方便实现逆变器并联运行。

更进一步的说明，经过所述步骤(2)后得到与输入S1的相位相同的S2相量经过所述步骤(2)后，S2中就只含有正序(S_A2Z、S_B2Z、S_C2Z)和负序(S_A2F、S_B2F、S_C2F)两种分量了，与输入信号S1的相位相同，S2的相 量图如图3所示。

更进一步的说明，所述步骤(1)还可用公式代替。如输入信号的失真度较大，如超过了10％，过程1的“衰减输入信号中的高次谐波分量”可用其他高阶滤波环节代替惯性环节，如：采用传递函数代替惯性环节。

更进一步的说明，所述输入信号为单向信号的正序分量的提取方法与所述三相正序分量的提取方法相同。单向信号作为三相信号的特例，也可进行三相正序分量的提取，如图6所示，单向信号中的三相正序分量的幅值为图6中的输入S_AZ0、S_BZ0和S_CZ0的1/3，实际上，可以证明，单相信号可以分解成幅值等于原单相信号幅值1/3的正序分量、负序分量和零序分量之和。由于三相和单相信号采用了一种统一的方法提取正序分量，因此，单相和三相逆变器可以采用一种统一的坐标转换方式进行实现，运算简单，适用范围广。

更进一步的说明，根据所述步骤(1)(2)(3)(4)得出所述三相正序分量的提取方法的提取过程可用公式进行计算，其公式为

S_AZO＝(S_AZ-S_BZ)/3

S_BZO＝(S_BZ-S_CZ)/3

S_CZO＝(S_CZ-S_AZ)/3

更进一步的说明，经过所述步骤(1)(2)(3)(4)之后得出公式 用于提取三相正序分量，将提取出的三相正序分量进行数字锁相时，与现有技术中梳状滤波器相比较，具有占有内存小，运算简单的优点。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的 解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。