一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于参考频率的电网同步信号实时检测方法，涉及电压同步信号检测领域，该方法在检测过程中的低通滤波环节引入负反馈和比例控制，使得相位偏移的校正能得到满意的指标；解决了电网出现频率偏移从而导致检测的同步信号存在较大的相位偏移的问题，仅检测单相电网电压与参考频率正弦、余弦信号运算，即使在三相电网畸变、不平衡条件下也能准确检测电网同步信号。通过还公开了一种基于参考频率的电网同步信号实时检测系统，该系统采用负反馈和比例控制使得相位偏移得到明显校正，按照推导的相位偏移与比例控制系数K的表达式取值，能得到满意的结果，说明电网同步信号实时检测系统具有正确性和有效性。
【专利说明】—种基于参考频率电网同步信号实时检测方法及系统【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电压同步信号检测方法及系统，特别涉及一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法及系统。
【背景技术】
[0002]太阳能光伏、风能等新能源的并网控制研究备受国内外关注，电网同步信号的检测是新能源并网变换器控制的关键技术之一。实际电网易出现不平衡、畸变以及频率波动等工况，要求精确检测电网同步信号的难度很高。目前的电网同步信号检测方法主要有锁相环(PLL)电网同步、基于dq变换的软件锁相环电网同步、基于双dq变换的软件锁相环电网同步、基于二阶广义积分锁相环电网同步方法。锁相环受电压畸变、不平衡影响较大，严重情况下会出现失锁；基于dq变换的软件锁相环在三相电压平衡时检测效果较好，但三相不平衡时锁相性能受到较大影响，检测精度不高；基于双dq变换的软件锁相环能实现正负序分离，在三相电网不平衡和畸变条件下锁相效果较好，但其需要多次dq变换和解耦，增加了设计复杂度；基于二阶广义积分锁相环电网同步方法能提取电网正负序分量，利用锁相环节实现电网同步，能实现频率自适应，但电网畸变严重时，滤波效果受谐振带宽的限制，为解决此问题，需引入谐波扩展解耦策略，使整体设计更为复杂。
[0003]文献基于参考频率思想，研究了无锁相环实现无功、谐波电流实时检测方法，采用低通滤波器或积分法提取低频信号，但采用低通滤波器和积分法检测结果都明显存在较大的相位偏移，精度不够高。本文提出一种基于参考频率的电网同步信号检测策略，仅采样单相电网电压，经过适当的运算即可得到电网同步正弦、余弦信号的数学模型。对低通滤波环节进行改进，引入负反馈和比例控制，对电网频率偏移导致检测的同步信号与实际值产生的相位偏移进行校正，提高了检测精度。理论和实验研究结果表明本文电网同步信号检测方法不受电网电压畸变、不平衡的影响，能对电网频率波动引起检测的电网同步信号存在的相位偏移进行校正。·
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法及系统。
[0005]本发明的目的之一是提出一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法；本发明的目的之二是提出一种基于参考频率电网同步信号实时检测系统。
[0006]本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的:
[0007]本发明提供的一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法，包括以下步骤:
[0008]S1:输入参考正弦信号sir^o^t+e)、余弦信号cosbj+e)和电网单相电压
es ;
[0009]S2:将参考正弦信号sin(?Qt+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第一低通滤波器LPF和第一比例控制K，将第一比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第一低通滤波器LPF的输入端，所述从第一比例控制K输出的信号经过处理得到第一中间信号Udcos ；
[0010]S3:将参考余弦信号cos (G^t+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第二低通滤波器LPF和第二比例控制K，将第二比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第二低通滤波器LPF的输入端，所述从第二比例控制K输出的信号经过处理得到第二中间信号Udsin ；
[0011]S4:将参考正弦信号Sir^o^t+ 0 )和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考余弦信号COS (?4+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波信号esl ；
[0012]将参考余弦信号cos (? A+ 0 ))和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考正弦信号sin (? J+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波正交信号e' sl ;
[0013]S5:将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生的信号与电网的基波信号esl
进行相除，得到电网同步正弦信号sin_ +的).[0014]将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生的信号与电网的基波正交信号e/ sl进行相除,得到电网同步余弦信号cos(GV +<PS)。
[0015]进一步，所述第一低通滤波器LPF和第二低通滤波器LPF的传递函数表示为:......K(°c
[0017]其中，为滤波器截止频率，Q为品质因数，K表示比例控制系数，s表示传递函数中的参数。
[0018]进一步，所述第一比例控制K和第二比例控制K按以下公式取值K值:
[0019]?
*
[0020]其中，A (J)表不由频率偏差引起的相位偏移，w表不频率偏差值，W。表不滤波器截止频率，Q表示为品质因数，K表示比例控制系数。
[0021]本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的:
[0022]本发明提供的基于参考频率电网同步信号实时检测系统，包括
[0023]信号输入单元、第一中间信号生成单元、第二中间信号生成单元、电网基波信号单元、电网基波正交信号单元、电网同步正弦信号单元和电网同步余弦信号单元；
[0024]所述信号输入单兀，用于输入参考正弦信号sin (?dt+ 0 )、余弦信号cos(w0t+ 9 )和电网单相电压es ；
[0025]所述第一中间信号生成单元，用于将参考正弦信号sin(?Qt+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第一低通滤波器LPF和第一比例控制K，将第一比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第一低通滤波器LPF的输入端，所述从第一比例控制K输出的信号经过处理得到第一中间信号Udcos ；
[0026]所述第二中间信号生成单元，用于将参考余弦信号coMo^t+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第二低通滤波器LPF和第二比例控制K，将第二比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第二低通滤波器LPF的输入端，所述从第二比例控制K输出的信号经过处理得到第二中间信号Udsin ；
[0027]所述电网基波信号单元，用于将参考正弦信号siWc^t+e)和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考余弦信号cos Oj+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波信号esl ;
[0028]所述电网基波正交信号单元，用于将参考余弦信号coMc^t+ 0 )和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考正弦信号sir^o^t+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波正交信号e' sl ;
[0029]所述电网同步正弦信号单元，用于将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生
的信号与电网的基波信号esl进行相除，得到电网同步正弦信号
【权利要求】
1.一种基于参考频率电网同步信号实时检测方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:输入参考正弦信号sin(?Qt+ 0 )、余弦信号cos(?Qt+ 0 )和电网单相电压es ； 52:将参考正弦信号sin (? J+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第一低通滤波器LPF和第一比例控制K，将第一比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第一低通滤波器LPF的输入端，所述从第一比例控制K输出的信号经过处理得到第一中间信号 Udcos ； 53:将参考余弦信号cos (? J+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第二低通滤波器LPF和第二比例控制K，将第二比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第二低通滤波器LPF的输入端，所述从第二比例控制K输出的信号经过处理得到第二中间信号 Udsin ； 54:将参考正弦信号Sir^c^t+ 0 )和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考余弦信号coM^t+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波信号esl ； 将参考余弦信号cos (St+ 0 ))和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考正弦信号sin(? J+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波正交信号e' sl ； 55:将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生的信号与电网的基波信号esl进行相除，得到电网同步正弦信号sin(_ + fPi).将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生的信号与电网的基波正交信号e' sl进行相除，得到电网同步余弦信号0
2.根据权利要求1所述的基于参考频率电网同步信号实时检测方法，其特征在于:所述第一低通滤波器LPF和第二低通滤波器LPF的传递函数表示为: a' __Kco_._
riLPF^/ —
S2+ S+ (K +l)ej2
0 其中，《。为滤波器截止频率，Q为品质因数，K表示比例控制系数，s表示传递函数中的参数。
3.根据权利要求1所述的基于参考频率电网同步信号实时检测方法，其特征在于:所述第一比例控制K和第二比例控制K按以下公式取值: Ian I I=——(^JM.—7
(人, +CO2 ? 其中，A (J)表不由频率偏差引起的相位偏移，w表不频率偏差值，W。表不滤波器截止频率，Q表示为品质因数，K表示比例控制系数。
4.一种根据权利要求1所述的基于参考频率电网同步信号实时检测方法来实现的检测系统，其特征在于:包括信号输入单元、第一中间信号生成单元、第二中间信号生成单元、电网基波信号单元、电网基波正交信号单元、电网同步正弦信号单元和电网同步余弦信号单元； 所述信号输入单兀，用于输入参考正弦信号sinf^c^t+ 0 )、余弦信号cosf^c^t+ 0 )和电网单相电压es ； 所述第一中间信号生成单元，用于将参考正弦信号sin (co J+0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第一低通滤波器LPF和第一比例控制K，将第一比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第一低通滤波器LPF的输入端，所述从第一比例控制K输出的信号经过处理得到第一中间信号Udcos ； 所述第二中间信号生成单元，用于将参考余弦信号coMc^t+ 0 )与电网单相电压es进行相乘运算，依次经过第二低通滤波器LPF和第二比例控制K，将第二比例控制K输出信号作为负反馈控制信号引入到第二低通滤波器LPF的输入端，所述从第二比例控制K输出的信号经过处理得到第二中间信号Udsin ； 所述电网基波信号单元，用于将参考正弦信号sin (?。〖+0 )和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考余弦信号cos (^t+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波信号esl ; 所述电网基波正交信号单元，用于将参考余弦信号coM^t+e)和第一中间信号Udcos进行相乘运算生成的信号与参考正弦信号sir^o^t+ 0 )和第二中间信号Udsin进行相乘运算生成的信号进行相加提取出电网的基波正交信号e' sl ; 所述电网同步正弦信号单元，用于将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生的信号与电网的基波信号esl进行相除，得到电网同步正弦信号smnt+n).所述电网同步余弦信号单元，用于将电网的基波信号esl与电网的基波正交信号e' sl分别进行平方运算，再将平方运算后的信号相加，最后将相加所得信号进行开方产生的信号与电网的基波正交信号e' sl进行相除,得到电网同步余弦信号—(叫+ ?) o
5.根据权利要求4所述的基于参考频率电网同步信号实时检测系统，其特征在于:所述第一低通滤波器LPF和第二低通滤波器LPF的传递函数表示为: in^) 1- + co^s + ^K+\)or.其中，wc为滤波器截止频率，Q为品质因数。
I
6.根据权利要求4所述的基于参考频率电网同步信号实时检测系统，其特征在于:所述第一比例控制K和第二比例控制K按以下公式取值K值:
A ,., , (OQ)JO
其中，w表示频率偏差值。
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【文档编号】H03L7/085GK103592500SQ201310602875
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】周林, 晁阳, 廖波, 郭珂, 刘强, 杨明, 张密, 郑光辉 申请人:重庆大学