一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法及装置与流程

1.本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法及装置。


背景技术：

2.在实际的电力系统中，单相负荷的投切、输电线路参数的不平衡、三相负载配电不平衡、非对称电网故障等，都会使得三相电网电压不平衡，进而会降低电网系统的稳定性和可靠性，而要对不平衡电网进行补偿或者对并网逆变器进行控制，就需要快速、准确地检测出电网电压正负序分量。
3.当前常用的负序电压分量检测算法，通常是在基波同步旋转坐标系下进行检测，通过对电网的相角取反代入到dq变换的运算中来将负序分量转换为直流量，再通过低通滤波器将基波正序分量和谐波分量进行滤除，即可得到基波负序电压分量。但该方法往往基波正负电压分量无法完全滤除，并且低通滤波器造成的相位滞后影响了检测的快速性，在一些场景下提取负序电压分量的效果不够理想。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法及装置，具有可适应电网频率变化、对大干扰信号衰减彻底、可快速提取负序分量的特点。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法，包括d轴定向的锁相环算法、负序电压分量检测算法，通过在d轴定向的锁相环算法中所得到的基波相角高次谐波相角，通过负序电压分量检测算法在高次谐波同步旋转坐标系下对负序分量进行检测，并通过延时环节对基波正序电压分量进行滤除。
7.进一步地，所述的d轴定向的锁相环算法包括如下：
8.1)首先对电压传感器所采集的三相电网相电压u
sa
、u
sb
、u
sc
进行abc-αβ坐标变换，将三相电压变换到αβ坐标系下得到电压u
α
、u
β
；
9.2)再将αβ坐标系下的电压u
α
、u
β
经过αβ-dq坐标变换得到dq坐标系下的电压ud、uq，这里坐标变换所用到的角度为基波相角θ
sf
，基波相角θ
sf
为电压ud经pi调节器后输出的积分值；θ
sf
的初始值为0；
10.3)基波相角θ
sf
乘以n次谐波对应的系数kn即可得到n次谐波相角θ
shn
。
11.进一步地，所述的负序电压分量检测算法包括如下：
12.1)首先对αβ坐标系下的电压u
α
、u
β
进行低通滤波，滤除n次以上的谐波分量；
13.2)再对经过低通滤波之后的电压u
α
、u
β
进行αβ-dq坐标变换得到电压u
d1
、u
q1
，这里坐标变换所用到的角度为基于d轴定向的锁相环算法得到的n次谐波相角θ
shn
；
14.3)对电压u
d1
、u
q1
延时n-1次谐波的半个周期即t
hn-1
/2所得到的结果与u
d1
、u
q1
相加，
即滤除基波正序电压分量，对于基波正序电压分量这一大干扰信号可以衰减彻底；相加后的结果乘以系数kd即得到只含有负序分量的电压u
d-、u
q-；
15.4)只含有负序分量的电压u
d-、u
q-再经过dq-αβ反变换和αβ-abc反变换即得到三相负序电压分量u
sa-、u
sb-、u
sc-，这里的坐标变换所用到的角度为δθ+θ
shn
，其中δθ为补偿角。
16.进一步地，所述的补偿角δθ为45
°
加上低通滤波器滞后补偿相位。
17.一种静止无功发生装置，所述的静止无功发生装置的控制单元中包含所述的适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的软件程序。
18.一种有源电力滤波装置，所述的有源电力滤波装置的控制单元中包含所述的一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的软件程序。
19.一种光伏并网逆变器，所述的光伏并网逆变器的控制单元中包含所述的一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的软件程序。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21.本发明的一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法及装置：
22.1、可以自动随电网频率变化而变化；
23.2、对于基波正序电压分量这一大干扰信号衰减彻底；
24.3、通过在高次谐波同步旋转坐标系下检测，可以快速提取负序分量，并能够对负序分量相位进行灵活的补偿调节。
附图说明
25.图1是本发明实施例提供的一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的控制框图；
26.图2是本发明实施例提供的以n＝5为例的适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的控制框图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
28.实施例一
29.如图1所示，本实施例提供一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法，包括d轴定向的锁相环算法、负序电压分量检测算法，通过在d轴定向的锁相环算法中所得到的基波相角高次谐波相角，通过负序电压分量检测算法在高次谐波同步旋转坐标系下对负序分量进行检测，并通过延时环节对基波正序电压分量进行滤除。
30.所述的d轴定向的锁相环算法包括如下：
31.1)首先对电压传感器所采集的三相电网相电压u
sa
、u
sb
、u
sc
进行abc-αβ坐标变换，将三相电压变换到αβ坐标系下得到电压u
α
、u
β
；
32.2)再将αβ坐标系下的电压u
α
、u
β
经过αβ-dq坐标变换得到dq坐标系下的电压ud、uq，这里坐标变换所用到的角度为基波相角θ
sf
，基波相角θ
sf
为电压ud经pi调节器后输出的积分值；θ
sf
的初始值为0；
33.3)基波相角θ
sf
乘以n次谐波对应的系数kn即可得到n次谐波相角θ
shn
。
34.所述的负序电压分量检测算法包括如下：
35.1)首先对αβ坐标系下的电压u
α
、u
β
进行低通滤波，滤除n次以上的谐波分量；
36.2)再对经过低通滤波之后的电压u
α
、u
β
进行αβ-dq坐标变换得到电压u
d1
、u
q1
，这里坐标变换所用到的角度为基于d轴定向的锁相环算法得到的n次谐波相角θ
shn
；
37.3)对电压u
d1
、u
q1
延时n-1次谐波的半个周期即t
hn-1
/2所得到的结果与u
d1
、u
q1
相加，即滤除基波正序电压分量，对于基波正序电压分量这一大干扰信号可以衰减彻底；相加后的结果乘以系数kd即得到只含有负序分量的电压u
d-、u
q-；
38.4)只含有负序分量的电压u
d-、u
q-再经过dq-αβ反变换和αβ-abc反变换即得到三相负序电压分量u
sa-、u
sb-、u
sc-，这里的坐标变换所用到的角度为δθ+θ
shn
，其中δθ为补偿角。
39.所述的补偿角δθ为45
°
加上低通滤波器滞后补偿相位。
40.本发明算法可以应用于检测频率发生变化的不平衡电网中的负序电压分量，可以应用于静止无功发生器、有源滤波器、光伏并网逆变器的控制算法。
41.本发明的思想是基于基波正序分量经过dq变换得到的是直流量，而基波负序分量经过dq变换得到的是二倍频量，因此可以通过在n次谐波的dq坐标系下，对基波正序电压分量这一大干扰信号彻底滤除，并且提升了提取负序分量的快速性。
42.如图2所示，本实施例以n＝5为例进行说明如下：
43.基于d轴定向的锁相环算法首先对电压传感器所采集的三相电网相电压u
sa
、u
sb
、u
sc
进行abc-αβ坐标变换，将三相电压变换到αβ坐标系下得到u
α
、u
β
，再经过αβ-dq坐标变换得到ud、uq，这里坐标变换所用到的角度θ
sf
为ud经pi调节器后输出的积分值，θ
sf
乘以n对应的系数k5(kn＝n)即可得到5次谐波的相角θ
sh5
。
44.负序电压分量检测算法首先对u
α
、u
β
进行低通滤波，滤除n次以上的谐波分量，再对经过低通滤波之后的u
α
、u
β
进行αβ-dq坐标变换得到u
d1
、u
q1
，这里坐标变换所用到的角度为基于d轴定向的锁相环算法得到的θ
sh5
，对u
d1
、u
q1
延时4次谐波的半个周期即t
h4
/2所得到的结果与ud、uq相加，即可滤除基波正序电压分量，这也是该发明的特点，对于基波正序电压分量这一大干扰信号可以衰减彻底，相加后的结果乘以系数kd＝2-2
＝0.7071即可得到只含有负序分量的u
d-、u
q-，再经过dq-αβ反变换和αβ-abc反变换即可得到三相负序电压分量u
sa-、u
sb-、u
sc-，这里的坐标变换所用到的角度为δθ+θ
sh5
，其中δθ为补偿角，为45
°
加上低通滤波器滞后补偿相位。
45.本发明所提出的负序电压分量检测算法可以自动随电网频率的变化而变化，因为基于d轴定向的锁相环算法中所使用的pi调节器，当电网频率发生改变时，pi调节器输出值所对应的角频率会改变以适应电网频率的变化，因此角频率积分得到的相角θ
sf
和θ
sh5
也会随着电网频率的变化而变化，负序电压分量的检测结果也会随着电网频率的变化而变化。
46.本发明所提出的适应电网宽频率变化负序电压分量检测算法对于基波正序电压分量这一大干扰信号衰减彻底，通过u
d1
、u
q1
延时n-1次谐波的半个周期再与u
d1
、u
q1
相加即可将基波正序电压分量彻底滤除，只留下基波负序电压分量，在不平衡电网的各个分量提取中有一定的优势。
47.本发明所提出的适应电网宽频率变化负序电压分量检测算法可以快速提取负序电压分量，因为是在高次谐波同步旋转坐标系下进行检测，相较于常规做法中在基波同步旋转坐标系下进行检测的算法，本发明所提出的算法有着快速性的优势，并且可以通过调整补偿角δθ对负序分量的相位进行灵活的补偿调节。
48.综上所述，本发明提供的适应电网宽频率变化负序电压分量检测算法在使用时，通过在高次谐波同步旋转坐标系下进行检测的方法，提高了检测的快速性，并且对基波正序电压分量这一大干扰信号的滤除十分彻底，在对不平衡电网的补偿等场景下有着良好的应用前景
49.实施例二
50.本实施例提供一种静止无功发生装置，所述的静止无功发生装置的控制单元中包含所述的适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的软件程序。
51.实施例三
52.本实施例提供一种有源电力滤波装置，所述的有源电力滤波装置的控制单元中包含所述的一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的软件程序。
53.实施例四
54.本实施例提供一种光伏并网逆变器，所述的光伏并网逆变器的控制单元中包含所述的一种适应电网宽频率变化负序电压分量检测方法的软件程序。
55.以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例，本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。