一种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法，包括下述步骤：获得三相交流电压的离散瞬时值；将离散瞬时值进行Clark变换，得到两相α-β静止坐标系下的电压空间矢量；根据最近3次电压空间矢量获得相邻两次采样的电角度差；根据电角度差和最近3次电压空间矢量获得正序分量的识别相位和负序分量的识别相位；对正序分量的识别相位和负序分量的识别相位分别进行锁相处理，获得正、负序分量的锁相相位；获得正序分量的锁相相位与识别相位之间的第一误差，以及负序分量的锁相相位与识别相位之间的第二误差；并当第一误差或第二误差大于阈值θ0的k倍时；对正、负序分量的锁相相位进行动态补偿；最终得到动态锁相相位。本发明可以在不对称暂态故障发生后略大于3个采样周期的时间(1ms)内重新同步锁相；具备优异的实时性和一定的采样噪声适应性。
【专利说明】 —种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气控制领域，更具体地，涉及一种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法。
【背景技术】
[0002]并网型发电设备的控制策略常基于锁相环技术。在矢量定向类控制策略中，坐标系定向是控制策略实施的基础，动态响应和精度直接影响到控制效果。根据并网导则，风力发电系统、光伏逆变系统等并网装置需要具备电压不对称故障暂态故障穿越的能力。在电网发生暂态故障和清除故障时即电网电压跌落和恢复的瞬间，电网电压的正负序分量发生突变，这就要求控制系统的同步锁相环节具有迅速的动态响应，能在电网电压突变后迅速重新锁定其正负序分量。
[0003]在不对称暂态故障工况下穿越对正负序分别锁相涉及两个步骤，即首先需要对电网电压中的正负序分量进行识别，然后利用锁相环对识别结果进行跟踪锁定。目前常见的不对称工况锁相技术如下:
[0004](I)正负序识别基于带阻或带通滤波器的方法。其典型方法是在正负序识别环节，通过坐标变换，使电网电压的正序/负序分量成为直流或近似直流量，然后用低通滤波器或用陷波器滤除二倍频分量，得到较为纯净的正序/负序分量。该类方法对滤波器参数敏感；频率适应性差，易受电网或系统频率偏移的影响；会带来相移，不易补偿；滤波器还会引起较大的延时，取决于滤波器的带宽，通常情况下很难在1ms内得到稳定结果，在不平衡故障工况下无法满足实时性的要求。
[0005](2)正负序识别基于正弦波移相的方法。其典型方法有四分之一周波延迟法。该检测方法的延时大，约需5ms才能得到识别结果，不能满足高实时性的要求。
[0006](3)正负序识别基于构造旋转矢量的方法。该类方法特点是正负序识别环节是根据若干组采样数据进行时域的瞬时分解，直接推算出正负序含量，全过程无滤波环节参与，因而可实现实时分解。在中国发明专利(申请号为200910024853.8)申请文件中公开了一种方法，可根据2个采样点的数据和上一采样周期的正负序相位检测结果推算出正负序含量，本质上也属于该类方法。该法实时性好，但由于依据的采样点数仅为2个，对谐波和噪声极为敏感，识别结果波动剧烈，在工业场合应用较为困难。
[0007](4)锁相基于传统微调式锁相环的方法。该方法的特点是不论锁相坐标系和参考坐标系的角度误差的大小，始终不改变调节结构，锁相坐标系渐近地逼近参考坐标系。该方法能获得较好的稳态性能，但动态响应较慢。在电网发生暂态故障电网电压的相位发生突变时重新达到同步状态需要较长的时间(20ms以上)。
[0008]锁相环对含有正负序分量的信号实现同步所需的时间为两步骤所需时间之和，SP正负序识别所需时间与对识别结果分别进行锁相本身所需时间之和。由此可见，上述方法或是正负序识别的实时性不足，或由于锁相环的动态响应速度限制，会导致暂态工况下锁相环将花费较长的时间才能重新同步正负序分量；或由于正负序识别方法对谐波和噪声过于敏感导致锁相环结果剧烈波动，不能获得稳定结果。
【发明内容】
[0009]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法，使之在三相不对称工况下亦可快速锁相，为暂态控制的准确实施提供基础，同时具有一定的抗干扰性。
[0010]本发明提供了一种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法，包括下述步骤:
[0011](I)对三相交流电压瞬时值Sa (t)、Sb (t)、Sc (t)进行间隔时间为At的连续均匀采样，得到三相交流电压的离散瞬时值Sa (n)、Sb (η)、S。(η)；
[0012](2)将每一次采样得到的三相交流电压的离散瞬时值Sa(n)、Sb(η)、S。(η)进行Clark变换，得到两相α-β静止坐标系下的电压空间矢量Sa (η)、Se (η)；
【权利要求】
1.一种基于正负序快速识别的动态锁相同步方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)对三相交流电压瞬时值SaUhSbahSc^t)进行间隔时间为At的连续均匀采样，得到三相交流电压的离散瞬时值Sa(n)、Sb (η)、S。(η)； (2)将每一次采样得到的三相交流电压的离散瞬时值Sa(n)、Sb(n)、S。(η)进行Clark变换，得到两相α-β静止坐标系下的电压空间矢量Sa (n)、Se (η)； 其中
为—变换常数; (3)保存最近3次电压空间矢量Sa⑴、Se(i)，i = η, η-1，η_2 ；η为大于等于3的整数；i为采样次数的序号； (4)根据最近3次电压空间矢量Sa(i)、Se (i)获得相邻两次采样的电角度差Λ Θ ； (5)根据所述电角度差λθ和最近3次电压空间矢量sa a)、s0 α)获得正序分量的识别相位eide+(n)和负序分量的识别相位0ide_(n)； (6)对所述正序分量的识别相位Θide+(n)和所述负序分量的识别相位Θ ide_(n)分别进行锁相处理，获得正、负序分量的锁相相位θρ11+(η)、θρ11_(η)； (7)获得正序分量的锁相相位θρ11+(η)与识别相位0ide+(n)之间的第一误差，以及负序分量的锁相相位θρ11_(η)与负序分量识别相位Θ ide;-(n)之间的第二误差； 并当所述第一误差或所述第二误差大于阈值Θ ^的k倍时；在所述正、负序分量的锁相相位θρ11+(η)、θρ11_(η)基础上附加动态补偿量，使得到的正序分量的动态锁相相位θ ' ρ?ι+(η)迅速跟随所述正序分量的识别相位Θ ide+(n),负序分量的动态锁相相位θ / pll_(n)迅速跟随所述负序分量的识别相位Θ ide_(n) ；k为大于I的实数。
2.如权利要求1所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(4)中所述电角度差 Δ θ根据公式
获得。
3.如权利要求1所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(4)中电角度差△Θ根 据公式
,获得。
4.如权利要求1所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(4)中电角度差△Θ根
5.如权利要求1所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(4)中电角度差△Θ根 据公式
获得。
6.如权利要求2-5任一项所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(5)中正序分量的识别相位
负序分量的识别相位
其中，
7.如权利要求1所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(7)中，所述阈值Θ。由采样速率确定。
8.如权利要求1所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(7)中，通过动态补偿使得暂态故障发生后所述正序分量的动态锁相相位θ，ρ11+(η)迅速趋近所述正序分量的识别相位θ&+(η)，同时使得负序分量的动态锁相相位θ，ρ11_(η)迅速趋近所述负序分量的识别相位9ide_(n)。
9.如权利要求8所述的动态锁相同步方法，其特征在于，步骤(7)中，当所述第一误差或所述第二误差大于阈值Qtl的k倍时；将第一误差乘以λ后与θρ11+(η)相加得到θ / ρ11+(η)，将第二误差乘以λ后与θρ11_(η)相加得到θ，ρ11_(η) ；λ为实数，0〈λ ( I。
【文档编号】H03L7/08GK104184464SQ201410418266
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】胡家兵, 王波 申请人:华中科技大学