一種用于克服電網(wǎng)直流偏置的諧波檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于存在直流偏置的畸變電網(wǎng)的諧波檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，作為集中式發(fā)電的有效補(bǔ)充，分布式發(fā)電技術(shù)及其系統(tǒng)已日趨成熟。隨著 單位千瓦電能生產(chǎn)價(jià)格的不斷下降，分布式發(fā)電正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，諧波及其 引起的諧振問(wèn)題受到越來(lái)越多的人關(guān)注。分布式能源發(fā)電采用的并網(wǎng)逆變器屬于電力電子 設(shè)備，現(xiàn)如今越來(lái)越多電力電子設(shè)備的應(yīng)用，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)注入大量諧波，造成了日益嚴(yán)重的 諧波污染。相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，微網(wǎng)和主動(dòng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波現(xiàn)象呈現(xiàn)出新的特點(diǎn)。
[0003] 為解決逆變器并網(wǎng)帶來(lái)的諧波問(wèn)題，需要在并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)之間加設(shè)濾波裝 置。傳統(tǒng)的LCL濾波器對(duì)于高頻諧波電流表現(xiàn)出很大阻抗，但對(duì)于某些特定頻次的諧波表現(xiàn) 的阻抗很小，這些特定頻次的諧波電流不但不會(huì)被抑制，反而會(huì)被LCL濾波器放大。傳統(tǒng)無(wú) 源阻尼方法，如在LCL濾波器電容支路串聯(lián)阻尼電阻，增加了濾波器在諧振頻率處的阻尼。 但引入的無(wú)源阻尼電阻帶來(lái)了額外損耗，引起變換器發(fā)熱。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者提出有源阻尼 的方法，通過(guò)控制算法來(lái)增加系統(tǒng)的阻尼，電路中不增加耗能元件，不存在阻尼損耗問(wèn)題。
[0004] 諧波檢測(cè)是有源阻尼應(yīng)用中非常重要的一環(huán)，在畸變電網(wǎng)下，諧波檢測(cè)的精度直 接影響有源阻尼器的作用效果。目前對(duì)廣義諧波電流的檢測(cè)方法都是以瞬時(shí)無(wú)功理論為基 礎(chǔ)，但由于多個(gè)濾波器的引入，會(huì)引起相位滯后的問(wèn)題，且瞬時(shí)功率理論檢測(cè)諧波在實(shí)際應(yīng) 用中存在無(wú)法限幅及帶寬過(guò)寬等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。因而選擇性補(bǔ)償策略更為適宜。
[0005] 選擇性補(bǔ)償策略是相對(duì)于全補(bǔ)償策略而言的。實(shí)際應(yīng)用的有源濾波器或有源阻尼 器通常采用選擇性補(bǔ)償策略，原因如下：（1)有源濾波器或有源阻尼器作為一種有源裝置， 其帶寬是有限的。隨著諧波次數(shù)的提高，性能隨之下降。通過(guò)大量的實(shí)踐證明，對(duì)于20次以 上的諧波在實(shí)際配電網(wǎng)中含量是很少的，一般不予以考慮。（2)采用全補(bǔ)償策略的有源濾波 器無(wú)法準(zhǔn)確對(duì)發(fā)出電流的成分限幅，它只能將電流參考的最大值進(jìn)行限制，造成新的諧波 的引入。而選擇性補(bǔ)償策略可以精確對(duì)無(wú)功及各次諧波電流的有效值進(jìn)行限幅，同時(shí)不引 入新的諧波成分。（3)實(shí)際配電網(wǎng)存在一些固有諧振點(diǎn)，有源阻尼器可以通過(guò)選擇性在系統(tǒng) 固有諧振點(diǎn)處增加等效阻尼，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0006] 有源阻尼器要實(shí)現(xiàn)選擇性阻尼的功能，就需要進(jìn)行敏感次諧波單獨(dú)提取。在電網(wǎng) 畸變情況，由于地磁干擾或電網(wǎng)故障等的原因，電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)直流偏置，這就要求諧波檢測(cè) 裝置在直流偏置情況下仍然可以實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的在電網(wǎng)畸變情況，由于地磁干擾或電網(wǎng)故障等的原因， 電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)直流偏置，導(dǎo)致諧波檢測(cè)裝置在直流偏置情況下檢測(cè)精度低的問(wèn)題?，F(xiàn)提供 一種用于克服電網(wǎng)直流偏置的諧波檢測(cè)方法。
[0008] -種用于克服電網(wǎng)直流偏置諧波檢測(cè)方法，它包括以下步驟：
[0009]步驟一、根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)中所有元件和設(shè)備的諧波特性建立網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模 型確定電網(wǎng)中易發(fā)生諧振的位置，與諧振敏感元件位置，取該位置處電壓信號(hào)為νιη，采用多 三階廣義積分系統(tǒng)檢測(cè)電網(wǎng)中的各次諧波；
[0010]步驟二、將步驟一中的諧振敏感元件位置處的電壓信號(hào)Vin作為輸入信號(hào)Vin與各 次諧波作差，
和頻率鎖定環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的基波角頻率ω。作為三 階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)分別為 vdthvdthvXt)和實(shí)際輸出的偏差信號(hào)e(t);
[0011] 步驟三、將e (t) -V3 (t)作為三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)中輸入值e的輸入信號(hào)， 將^(丨)13(〇作為三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)中輸入值％的輸入信號(hào)，通過(guò)三階廣義積 分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)獲得系統(tǒng)輸出信號(hào)的基波角頻率ω。，從而消除了直流偏置對(duì)基波角頻 率ω。的影響，實(shí)現(xiàn)基波角頻率穩(wěn)定輸出，將基波角頻率ω。乘上 η，得到η次諧波頻率η ω。，其 中η為總諧波次數(shù)；
[0012] 步驟四、采用多個(gè)三階廣義積分器，將得到的η次諧波頻率η ω。作為三階廣義積分 環(huán)節(jié)的實(shí)際角頻率ω的給定值，使各次諧波實(shí)現(xiàn)帶通輸出，從而消除直流偏置的影響，實(shí)現(xiàn) 在直流偏置的畸變電網(wǎng)下檢測(cè)各次諧波電流。
[0013] 本發(fā)明的有益效果為:實(shí)現(xiàn)在存在直流偏置的畸變電網(wǎng)下的準(zhǔn)確諧波檢測(cè)。利用 三階廣義積分環(huán)節(jié)生成的正交信號(hào)，^(0與^(〇1 3(〇項(xiàng)消除輸入信號(hào)中的直流分量對(duì) 頻率鎖定環(huán)節(jié)的影響。將e(t)-V3(tWP V2(t)-V3(t)作為FLL的輸入信號(hào)，通過(guò)頻率鎖定環(huán)節(jié) FLL獲得系統(tǒng)輸入信號(hào)的基波角頻率ω。，消除了直流偏置對(duì)角頻率ω。的影響，實(shí)現(xiàn)了角頻 率穩(wěn)定輸出，進(jìn)而獲得各次諧波頻率ηω。。采用多個(gè)三階廣義積分器，將得到的各次諧波頻 率η ω。作為三階廣義積分積分環(huán)節(jié)的頻率給定，使各次諧波實(shí)現(xiàn)帶通輸出，消除直流偏置 的影響。使得檢測(cè)精度提高了 4倍以上。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是多三階廣義積分諧波檢測(cè)結(jié)構(gòu)圖；
[0015] 圖2是三階廣義積分結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖3是三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖4是多三階廣義積分諧波檢測(cè)系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線圖；
[0018] 圖5是畸變電網(wǎng)下多二階廣義積分諧波檢測(cè)系統(tǒng)輸出角頻率響應(yīng)曲線圖；
[0019] 圖6是畸變電網(wǎng)下多三階廣義積分諧波檢測(cè)系統(tǒng)輸出角頻率響應(yīng)曲線圖；
[0020] 圖7是畸變電網(wǎng)下基波檢測(cè)結(jié)果曲線圖；
[0021] 圖8是畸變電網(wǎng)下各次諧波檢測(cè)結(jié)果曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0022] 一：參照?qǐng)D1至圖8具體說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的一種用 于克服電網(wǎng)直流偏置的諧波檢測(cè)方法，它包括以下步驟：
[0023] 步驟一、根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)中所有元件和設(shè)備的諧波特性建立網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模 型確定電網(wǎng)中易發(fā)生諧振的位置，與諧振敏感元件位置，取該位置處電壓信號(hào)為ν ιη，采用多 三階廣義積分系統(tǒng)檢測(cè)電網(wǎng)中的各次諧波；
[0024]步驟二、將步驟一中的諧振敏感元件位置處的電壓信號(hào)為νιη作為輸入信號(hào)νιη與 各次諧波作差，
和頻率鎖定環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的基波角頻率ω。作為 三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)分別 為^(〇、^(〇、^(〇和實(shí)際輸出的偏差信號(hào)以〇;
[0025]步驟三、將e (t) -V3 (t)作為三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)中輸入值e的輸入信號(hào)， 將^(丨)13(〇作為三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)中輸入值％的輸入信號(hào)，通過(guò)三階廣義積 分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)獲得系統(tǒng)輸出信號(hào)的基波角頻率ω。，從而消除了直流偏置對(duì)基波角頻 率ω。的影響，實(shí)現(xiàn)基波角頻率穩(wěn)定輸出，將基波角頻率ω。乘上 η，得到η次諧波頻率η ω。，其 中η為總諧波次數(shù)；
[0026]步驟四、采用多個(gè)三階廣義積分器，將得到的η次諧波頻率η ω。作為三階廣義積分 環(huán)節(jié)的實(shí)際角頻率ω的給定值，使各次諧波實(shí)現(xiàn)帶通輸出，從而消除直流偏置的影響，實(shí)現(xiàn) 在直流偏置的畸變電網(wǎng)下檢測(cè)各次諧波電流。
[0027] 本實(shí)施方式中，有源阻尼器要實(shí)現(xiàn)選擇性阻尼的功能，就需要進(jìn)行敏感次諧波單 獨(dú)提取。在電網(wǎng)畸變情況，由于地磁干擾或電網(wǎng)故障等的原因，電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)直流偏置，這 就要求諧波檢測(cè)裝置在直流偏置情況下仍然可以實(shí)現(xiàn)高精度檢測(cè)。
[0028] 確定系統(tǒng)中所有元件和設(shè)備的諧波特性，若不含變壓器，則直接建立網(wǎng)絡(luò)模型;如 果系統(tǒng)中存在變壓器，則將阻抗參數(shù)進(jìn)行標(biāo)么化，以標(biāo)么值的形式與其它元件一起建立網(wǎng) 絡(luò)模型，確定系統(tǒng)的諧振頻率fs。
[0029] 考慮有源阻尼器要實(shí)現(xiàn)選擇性阻尼的功能，需要進(jìn)行敏感次諧波單獨(dú)提取。設(shè)置 圖1的多三階廣義積分系統(tǒng)檢測(cè)諧波頻率為基波頻率、常見(jiàn)低次諧波與系統(tǒng)敏感次諧波，即 檢測(cè)系統(tǒng)諧振頻率f s，及其附近次諧波；
[0030]對(duì)第i個(gè)諧波通道，將除自身外的各次諧波以及基波作為反饋信號(hào)，送給第i個(gè)諧 波通道，該反饋可消除其他次諧波對(duì)輸出的干擾，保證檢測(cè)結(jié)果的精度，
和頻率鎖定環(huán)節(jié)輸出角頻率η ω。作為輸入。
[0031] 采用圖1的三階廣義積分諧波檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)中的各次諧波Vdl、Vd3和Vd5進(jìn)行檢
測(cè)，然后電壓信號(hào)νιη作為輸入信號(hào)νιη與各次諧波作差，作差后的信號(hào) 鎖定環(huán)節(jié)輸出信號(hào)的基波角頻率ω。作為圖3中的三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)的T0G1輸 入信號(hào)，三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)的TOG 1輸出V1 (t)、v2 (t)、V3 (t)和實(shí)際輸出的偏差信 號(hào)e(t)，將e(t)-v3(t)作為三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)中FLL輸入值e的輸入信號(hào)，將 V2 (t)-v3(t)作為三階廣義積分頻率自適應(yīng)環(huán)節(jié)中FLL輸入值vq的輸入信號(hào)，通過(guò)FLL輸出信號(hào) 的基波角頻率ω。，將η次諧波頻率η ω。作為圖1中三階廣義積分環(huán)節(jié)的角頻率ω的給定值， 使各次諧波實(shí)現(xiàn)帶通輸出，從而消除直流偏置的影響，實(shí)現(xiàn)