本發(fā)明涉及電氣領(lǐng)域，尤其涉及一種電網(wǎng)電壓各種分量的提取方法，適用于電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且含有諧波分量時(shí)，同時(shí)獲得包括零序分量瞬時(shí)值、正序基波分量瞬時(shí)值、負(fù)序基波分量瞬時(shí)值、諧波分量瞬時(shí)值。

背景技術(shù)：

在新能源發(fā)電等應(yīng)用場(chǎng)合，要求控制系統(tǒng)能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出電網(wǎng)電壓幅值與瞬時(shí)相位，為控制系統(tǒng)及時(shí)反饋準(zhǔn)確的電網(wǎng)信息。目前，廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的鎖相環(huán)主要是硬件鎖相(PLL)和軟件鎖相(SPLL)兩種方式。當(dāng)電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且含有諧波分量時(shí)，這一要求并不能被很好的滿足。因此需要能夠兼容電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且含有諧波分量時(shí)的電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)方法，使控制系統(tǒng)及時(shí)應(yīng)對(duì)三相電壓不對(duì)稱引起的過電流以及并網(wǎng)變流器直流側(cè)電壓的波動(dòng)。

在電網(wǎng)不對(duì)稱且含有諧波下，鎖相環(huán)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題是電網(wǎng)各種分量的提取。目前，已有的相關(guān)文獻(xiàn)提出的解決方案，主要包括：基于雙同步坐標(biāo)系的解耦方法，延時(shí)信號(hào)濾除法，滑動(dòng)平均濾波法等。基于雙同步坐標(biāo)系的解耦方法利用正負(fù)序的雙同步坐標(biāo)系，對(duì)正、負(fù)序基波分量實(shí)現(xiàn)了解耦，這種方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)且計(jì)算量大，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。延時(shí)信號(hào)濾除法是在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將含有n次諧波的電壓信號(hào)U_d延時(shí)T/2(n-1)，再與U_d相加，若含有多種諧波，需要通過濾除不同諧波的多個(gè)重復(fù)計(jì)算。但這些方法都無法同時(shí)獲得包括零序分量瞬時(shí)值、正序基波分量瞬時(shí)值、負(fù)序基波分量瞬時(shí)值、諧波分量瞬時(shí)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于旋轉(zhuǎn)變換的三相電網(wǎng)各分量的提取方法，解決了電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且含有諧波分量時(shí)，同時(shí)獲得包括零序分量瞬時(shí)值、正序基波分量瞬時(shí)值、負(fù)序基波分量瞬時(shí)值、諧波分量瞬時(shí)值的問題。

本發(fā)明提出的一種基于旋轉(zhuǎn)變換的三相電網(wǎng)各分量的提取方法，包括如下步驟：

步驟1、根據(jù)CLARKE變換，將三相ABC坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓變換到αβ坐標(biāo)系，獲得αβ坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值，其表達(dá)式為各種電壓分量之和，

將其寫成復(fù)數(shù)形式，如下式：

式中：E_mk——電網(wǎng)電壓k次分量的幅值；——電網(wǎng)電壓k次分量的初始相位角；ω——電網(wǎng)電壓基波角頻率；t——三相ABC坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓變換到αβ坐標(biāo)系的時(shí)間點(diǎn)；e——三相ABC坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓向量；e_ɑ——電網(wǎng)電壓αβ坐標(biāo)變換后α軸上的電壓值；e_β——電網(wǎng)電壓αβ坐標(biāo)變換后β軸上的電壓值；j——虛部符號(hào)；k＝0，±1、±2…,-50≤k≤50。

步驟2、將由坐標(biāo)變換獲得的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值離散化，如下式：

式中：T_S——電網(wǎng)電壓周期；E_m0——電網(wǎng)電壓的零序分量幅值；——電網(wǎng)電壓零序分量的相位角；E_-mk——電網(wǎng)電壓-k次分量的峰值；——電網(wǎng)電壓-k次分量的初始相位角；

n為常數(shù)；e(n)——當(dāng)前周期的電網(wǎng)電壓矢量；e(n-1)——當(dāng)前周期前一個(gè)周期的電網(wǎng)電壓矢量；e(n+1)——當(dāng)前周期后一個(gè)周期的電網(wǎng)電壓矢量。

步驟3、將前l(fā)個(gè)周期的電網(wǎng)電壓表示為一個(gè)指數(shù)形式的復(fù)數(shù)列向量Ε(n)，

當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的各種分量的瞬時(shí)值，表示為一個(gè)指數(shù)形式的復(fù)數(shù)列向量ε(n)，如下式：

式中：——當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的-k次、k次分量，k＝1、2…,k≤50；e_-m1(n),e_m1(n)——當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的負(fù)序、正序基波分量；e_m0(n)——當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的零序分量。

步驟4、根據(jù)Ε(n)和ε(n)的表達(dá)式，得到一個(gè)旋轉(zhuǎn)矩陣R，當(dāng)l＝2k+1時(shí)，進(jìn)一步計(jì)算出當(dāng)前電網(wǎng)電壓的各種分量，如下式：

ε(n)＝R^-1Ε(n) (7)

步驟5：將由計(jì)算獲得的電壓正、負(fù)序基波分量，進(jìn)一步計(jì)算獲得電壓正、負(fù)序相角的正余弦值，如下式：

式中：θ₊,θ_-——正、負(fù)序基波分量的瞬時(shí)相位角；

Re(e_m1(n)),Im(e_m1(n))——正序基波分量的實(shí)部和虛部；

Re(e_-m1(n)),Im(e_-m1(n))——負(fù)序基波分量的實(shí)部和虛部。

進(jìn)而，獲得三相電網(wǎng)的瞬時(shí)正序角度和瞬時(shí)負(fù)序角度。

本發(fā)明的有益效果是：通過旋轉(zhuǎn)變換矩陣，提取三相電網(wǎng)電壓的各種分量，由獲得的正、負(fù)序基波分量計(jì)算出電網(wǎng)的瞬時(shí)正序角度和瞬時(shí)負(fù)序角度。這種方法只需要多個(gè)歷史周期的電壓采樣數(shù)據(jù)即可提取出電網(wǎng)電壓的各種分量，而無需一個(gè)完整的電網(wǎng)周期的數(shù)據(jù)。避免了現(xiàn)有方法中計(jì)算方法復(fù)雜且延時(shí)較長(zhǎng)的問題，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、延時(shí)小，精度高

附圖說明

圖1:基于本發(fā)明提供的提取方法，獲取得電壓負(fù)序分量矢量圖；

圖2:基于本發(fā)明提供的提取方法，獲取得電壓正序分量矢量圖；

圖3:基于本發(fā)明提供的提取方法，獲取得電壓5次諧波分量矢量圖；

圖4:基于本發(fā)明提供的提取方法，獲得的負(fù)序分量、正序分量、5次諧波分量合成的當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的矢量圖；

圖5:基于本發(fā)明提供的提取方法，在三相電網(wǎng)電壓相位突加30度的情況下對(duì)電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分量以及5次諧波分量提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖6:基于本發(fā)明提供的提取方法，在三相電網(wǎng)電壓BC兩相電壓跌落50％情況下對(duì)電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分量以及5次諧波分量提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖7:基于本發(fā)明提供的提取方法，在三相電網(wǎng)電壓注入幅值為100V的5次諧波情況下對(duì)電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分量以及5次諧波分量提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖8:基于本發(fā)明提供的提取方法，在三相電網(wǎng)電壓相位突加30度、BC兩相電壓跌落50％和注入幅值為100V的5次諧波三種狀況同時(shí)發(fā)生的情況下對(duì)電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分量以及5次諧波分量提取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

為方便說明本發(fā)明的原理和特征，以提取正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量為例，對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)行說明，所舉實(shí)例只為方便用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

實(shí)施例：利用本發(fā)明提出一種基于旋轉(zhuǎn)變換的三相電網(wǎng)各分量瞬時(shí)值的提取方法，提取三相電網(wǎng)正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量。其具體實(shí)施過程如下：

步驟1：通過靜止坐標(biāo)變換，將三相ABC坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓變換到αβ坐標(biāo)系，獲得αβ坐標(biāo)系下的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值，其表達(dá)式為正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量之和，并寫成復(fù)數(shù)形式，如下式：

式中：E_-m1,E_m1,E_m5——電網(wǎng)電壓正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量的峰值；

——電網(wǎng)電壓正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量的初始相位角；

ω——電網(wǎng)電壓基波角頻率。

步驟2：將由坐標(biāo)變換獲得的電網(wǎng)電壓瞬時(shí)值離散化，如下式：

式中：T_S——電網(wǎng)電壓周期；

步驟3：將前3個(gè)周期的電網(wǎng)電壓表示為一個(gè)列向量Ε(n)，當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量表示為一個(gè)列向量ε(n)，如下式：

式中：e_-m1(n),e_m1(n),e_m5(n)——當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的負(fù)序、正序基波分量和5次諧波分量。

步驟4：根據(jù)Ε(n)和ε(n)的表達(dá)式，可以得到一個(gè)3階旋轉(zhuǎn)矩陣R，進(jìn)一步計(jì)算出當(dāng)前電網(wǎng)電壓的正、負(fù)序基波分量和5次諧波分量，如下式：

式中：λ_-m1,λ′_-m1,λ″_-m1——提取負(fù)序分量時(shí)第n周期、第n-1周期、第n-2周期電網(wǎng)電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的幅值增益；

λ_m1,λ′_m1,λ″_m1——提取正序分量時(shí)第n周期、第n-1周期、第n-2周期電網(wǎng)電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的幅值增益；

λ_m5,λ′_m5,λ″_m5——提取5次諧波分量時(shí)第n周期、第n-1周期、第n-2周期電網(wǎng)電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的幅值增益；

θ_-m1,θ′_-m1,θ″_-m1——提取負(fù)序分量時(shí)第n周期、第n-1周期、第n-2周期電網(wǎng)電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的相移；

θ_m1,θ′_m1,θ″_m1——提取正序分量時(shí)第n周期、第n-1周期、第n-2周期電網(wǎng)電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的相移；

θ_m5,θ′_m5,θ″_m5——提取5次諧波分量時(shí)第n周期、第n-1周期、第n-2周期電網(wǎng)電壓經(jīng)過旋轉(zhuǎn)之后的相移。

步驟5：將由計(jì)算獲得的電壓正、負(fù)序基波分量，進(jìn)一步計(jì)算獲得電壓正、負(fù)序相角的正余弦值，如下式：

式中：θ₊,θ_-——正、負(fù)序基波分量的瞬時(shí)相位角；

Re(e_m1(n)),Im(e_m1(n))——正序基波分量的實(shí)部和虛部；

Re(e_-m1(n)),Im(e_-m1(n))——負(fù)序基波分量的實(shí)部和虛部。

如圖1～圖4所示正、負(fù)序分量和5次諧波分量的提取方法，以此來說明旋轉(zhuǎn)變換方法原理，圖1～圖4中λ表示電網(wǎng)電壓旋轉(zhuǎn)之后的電壓幅值增益，θ表示電網(wǎng)電壓旋轉(zhuǎn)之后相位的偏移。圖1～圖3分別表示通過該旋轉(zhuǎn)變換方法獲得的負(fù)序分量、正序分量、5次諧波分量的矢量圖，圖4表示由獲得的負(fù)序分量、正序分量、5次諧波分量合成的當(dāng)前周期電網(wǎng)電壓的矢量圖。

圖5～圖8給出了提取電網(wǎng)電壓正、負(fù)序分量以及5次諧波分量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖5～圖7分別給出了三相電網(wǎng)電壓相位突加30度、BC兩相電壓跌落50％、三相電網(wǎng)電壓注入幅值為100V的5次諧波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖8是這三種情況同時(shí)加在正常電網(wǎng)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱且含有諧波時(shí)，電網(wǎng)相位信息均能夠在2ms之內(nèi)穩(wěn)定準(zhǔn)確的獲得，體現(xiàn)了本發(fā)明提出的方法的快速性和精確性。

以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。