適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法與流程
本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法。
背景技術：
微電網是由若干分布式電源(distributedgeneration,dg)、儲能裝置和就地負荷組成的可控系統，具有孤島和并網兩種運行模式，其中dg通常經由三相并網逆變器接入電網。為了實現離/并網切換以及向電網注入單位功率因數的電流，并網逆變器需要檢測公共連接點(pointofcommoncoupling,pcc)的電壓相位。由于微電網中接入大量并網逆變器，線路阻抗通常不可忽略，因此pcc電壓含有背景諧波和負序而表現為畸變和不平衡。三相并網逆變器的電壓相位檢測通常采用基于同步坐標系的軟件鎖相環(synchronousreferenceframephaselockedloop,srf-pll)，電壓畸變不平衡時，其中的負序分量會在srf-pll的同步坐標變換結果中產生2倍頻振蕩，即便低通濾波器也不能完全消除振蕩對檢測精度的影響，從而使相位檢測結果存在誤差。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法，該方法解決了在電網電壓畸變不平衡時傳統相位檢測方法存在誤差的問題，在電壓畸變且不平衡時可以準確地進行電壓相位檢測。
本發明所采用的技術方案是，適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法，具體按照以下步驟實施：
步驟1，將電壓合成矢量并投影到轉速和轉向可調的vsf上，將vsf的轉向設定為逆時針方向，轉速設定為ω′，其中ω′為微電網規定的工頻角速度；
步驟2，應用lpf從ex和ey中提取小于0.5hz的低頻分量，并計算出正序基波電壓相位，其中ex為電壓矢量在vsf的x軸上的坐標，ey為電壓矢量在vsf的y軸上的坐標；
步驟3，vsf的轉向設定為逆時針方向，轉速調整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計算出正序m次電壓的相位，其中m為諧波的次數；
步驟4，vsf的轉向設定為為順時針方向，轉速調整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計算出負序m次電壓的相位。
本發明的特點還在于，
步驟1具體按照以下步驟實施：
步驟1.1，設畸變且不平衡電壓為：
式中：em+為m次正序電壓的幅值；em-為m次負序電壓的幅值；θm+為m次正序電壓的初始相角；θm-為m次負序電壓的初始相角；m為諧波次數；t為時間；上標﹢表示正序，上標﹣表示負序；ω為電壓基波的角頻率；
步驟1.2，應用公式(2)將畸變不平衡的電壓合成電壓矢量e，電壓矢量e為：
式中：er為電壓矢量在復平面實軸上的坐標；ei為電壓矢量在復平面虛軸上的坐標；
步驟1.3，e與虛軸負半軸的夾角為θ，電壓矢量在復平面實軸和虛軸上的坐標er和ei為：
式中：|e|為電壓矢量的幅值；
步驟1.4，建立轉速為ω′，轉向為逆時針的vsf；由vsf的x軸與虛軸負半軸的夾角為ω′t+γ，e與虛軸負半軸的夾角為θ，得到e與x軸的夾角為ω′t+γ-θ，所以e在vsf上的坐標為：
式中：t表示時間；γ為xy坐標系的初相角，取隨機值；
步驟1.5，將er和ei的值代入公式(4)得e在vsf上的坐標為：
步驟2具體按照以下步驟實施：
步驟2.1，應用lpf提取出正序基波電壓在vsf上的坐標為：
步驟2.2，在t時刻，vsf的x軸與虛軸負半軸的夾角ω′t+γ為已知量；根據正序基波電壓矢量在vsf上的坐標求出正序基波電壓矢量與x軸的夾角為
步驟3具體按照以下步驟實施：
步驟3.1，根據e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關系，得到e在vsf上的坐標為：
步驟3.2，應用lpf提取出正序m次電壓在vsf上的坐標為：
步驟3.3，在t時刻，vsf的x軸與虛軸負半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據正序m次電壓矢量在vsf上的坐標求出正序m次電壓矢量與x軸的夾角為
步驟4具體按照以下步驟實施：
步驟4.1，根據e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關系，得到e在vsf上的坐標為：
步驟4.2，應用lpf提取出負序m次電壓在vsf上的坐標為：
步驟4.3，在t時刻，vsf的x軸與虛軸正半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據負序m次電壓矢量在vsf上的坐標求出負序m次電壓矢量與x軸的夾角為
本發明的有益效果是，適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法與srf-pll相比，該相位檢測方法不受電壓畸變和不平衡的影響；相位檢測不需要整定pi參數，使得相位檢測的調整過程簡單；該相位檢測方法可以檢測任意指定的正負序基波和諧波電壓相位；該相位檢測方法復雜性也無明顯增加。
附圖說明
圖1是本發明適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法的原理框圖；
圖2是虛擬同步坐標系原理圖；
圖3是用于檢測負序電壓相位的虛擬同步坐標系；
圖4是電網電壓畸變不平衡時的三相電壓波形圖；
圖5是a相電網電壓、a相正序基波電壓及其相位檢測波形圖；
圖6是a相電網電壓、a相正序5次諧波電壓及其相位檢測波形圖；
圖7是a相電網電壓、a相負序基波電壓及其相位檢測波形圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。
本發明適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法，如圖1所示，具體按照以下步驟實施：
步驟1，將電壓合成矢量并投影到轉速和轉向可調的虛擬同步坐標系(virtualsynchronizationframe,vsf)上，將vsf的轉向設定為逆時針方向，轉速設定為ω′，其中ω′為微電網規定的工頻角速度；
步驟2，應用低通濾波器(lowpassfilter，lpf)從ex和ey中提取小于0.5hz的低頻分量，并計算出正序基波電壓相位，其中ex為電壓矢量在vsf的x軸上的坐標，ey為電壓矢量在vsf的y軸上的坐標；
步驟3，vsf的轉向設定為逆時針方向，轉速調整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計算出正序m次電壓的相位，其中m為諧波的次數；
步驟4，vsf的轉向設定為為順時針方向，轉速調整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計算出負序m次電壓的相位。
步驟1具體按照以下步驟實施：
步驟1.1，設畸變且不平衡電壓為：
式中：em+為m次正序電壓的幅值；em-為m次負序電壓的幅值；θm+為m次正序電壓的初始相角；θm-為m次負序電壓的初始相角；m為諧波次數；t為時間；上標﹢表示正序，上標﹣表示負序；ω為電壓基波的角頻率；
步驟1.2，應用公式(2)將畸變不平衡的電壓合成電壓矢量e，e可以看成是由正負序基波和諧波電壓矢量合成，幅值和相角是時變的，電壓矢量e為：
式中：er為電壓矢量在復平面實軸上的坐標；ei為電壓矢量在復平面虛軸上的坐標；
步驟1.3，e與虛軸負半軸的夾角為θ，根據圖2所示的空間幾何關系，電壓矢量在復平面實軸和虛軸上的坐標er和ei為：
式中：|e|為電壓矢量的幅值；
步驟1.4，建立轉速為ω′，轉向為逆時針的vsf；由vsf的x軸與虛軸負半軸的夾角為ω′t+γ，e與虛軸負半軸的夾角為θ，得到e與x軸的夾角為ω′t+γ-θ，所以e在vsf上的坐標為：
式中：t表示時間；γ為xy坐標系的初相角，取隨機值；
步驟1.5，將er和ei的值代入公式(4)得e在vsf上的坐標為：
步驟2具體按照以下步驟實施：
步驟2.1，應用lpf提取出正序基波電壓在vsf上的坐標為(國家電網規定容量在300萬千瓦以下的電網允許頻率偏差為±0.5hz，因此ω－ω′在0～0.5hz)：
步驟2.2，在t時刻，vsf的x軸與虛軸負半軸的夾角ω′t+γ為已知量；根據正序基波電壓矢量在vsf上的坐標求出正序基波電壓矢量與x軸的夾角為
步驟3具體按照以下步驟實施：
步驟3.1，如圖2所示，根據e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關系，得到e在vsf上的坐標為：
步驟3.2，應用lpf提取出正序m次電壓在vsf上的坐標為：
步驟3.3，在t時刻，vsf的x軸與虛軸負半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據正序m次電壓矢量在vsf上的坐標求出正序m次電壓矢量與x軸的夾角為
步驟4具體按照以下步驟實施：
步驟4.1，如圖3所示，根據e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關系，得到e在vsf上的坐標為：
步驟4.2，應用lpf提取出負序m次電壓在vsf上的坐標為：
步驟4.3，在t時刻，vsf的x軸與虛軸正半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據負序m次電壓矢量在vsf上的坐標求出負序m次電壓矢量與x軸的夾角為
為了驗證本算法的有效性，在matlab/simulink上進行仿真，電網電壓由正序基波電壓疊加0.2pu的負序基波電壓和0.05pu的正序5次諧波電壓構成。
圖4為電網電壓畸變不平衡時的三相電壓波形圖；圖5為a相電網電壓、a相正序基波電壓及其相位檢測波形圖；圖6為a相電網電壓、a相正序5次諧波電壓及其相位檢測波形圖；圖7為a相電網電壓、a相負序基波電壓及其相位檢測波形圖。可以看出應用本發明的檢測方法得到的電壓相位和電壓實際相角完全一致。因此本發明適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法可以準確的從畸變且不平衡的電壓中檢測出基波、諧波及負序電壓的相位信息。
本發明的適用于電網電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測方法有如下優點：與srf-pll相比，該相位檢測方法不受電壓畸變和不平衡的影響；相位檢測不需要整定pi參數，使得相位檢測的調整過程簡單；該相位檢測方法可以檢測任意指定的正負序基波和諧波電壓相位；該相位檢測方法復雜性也無明顯增加。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！