基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法
【專利摘要】一種基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法,屬于與電網(wǎng)同步方法。該方法的諧波解耦單元HDN完成對電網(wǎng)電壓以及電流諧波成分的檢測。諧波解耦單元HDN的輸出量經(jīng)過正負(fù)分離單元MPNSC(α,β)，得到他們各次諧波的正負(fù)序分量。頻率跟蹤單元FLL得到電網(wǎng)的基波頻率。電壓、電流的諧波解耦單元HDN在基波頻率已經(jīng)跟蹤的條件下進(jìn)行解耦。經(jīng)正負(fù)分離單元MPNSC(α,β)得到的磁鏈和電流，減去電感磁鏈跌落得到虛擬公共接入點處的磁鏈。本發(fā)明降低了虛擬磁鏈估測方法對電網(wǎng)頻率變化的敏感度，準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓相位。消除了在電網(wǎng)不平衡條件下對暫態(tài)響應(yīng)的級聯(lián)延遲。首次提出了諧波電網(wǎng)條件下電網(wǎng)同步的方法。
【專利說明】基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種與電網(wǎng)同步方法，特別是一種基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法。
【背景技術(shù)】
隨著電力電子變換器使用的持續(xù)增長，在很寬的功率范圍內(nèi)，電壓源變換器(VSC)成為了模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化的并網(wǎng)變換器單元的主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在科技文獻(xiàn)中，大量的電網(wǎng)同步方法和電壓源變換器控制方法已經(jīng)被提出并得到了分析。由于無電壓傳感器技術(shù)可以減少成本，使得系統(tǒng)模塊化，在某些情況下，甚至可以增加并網(wǎng)變換器的穩(wěn)定性，因而在電網(wǎng)同步方面也越來越受到關(guān)注。采用無電壓傳感器技術(shù)的估測方法通過在電網(wǎng)遠(yuǎn)端估測電網(wǎng)的情況，來提高變換器的性能，這點是實時監(jiān)測裝置無法做到的。
一些不同的策略已經(jīng)被提出用于電壓源變換器無電壓傳感器電網(wǎng)同步。一個無傳感器技術(shù)的最普通且簡單的方法是對變換器輸出電壓積分，得到虛擬磁鏈。這種電壓積分對于變換器和傳動的分析和控制的有用性在很長一段時間受到重視?；诩兎e分的虛擬磁鏈估測對被測信號的漂移和飽和比較敏感，最簡單的估測方法通常是調(diào)整低通和帶通濾波器使其等效于對電網(wǎng)電壓基頻的積分。因此這種方法對電網(wǎng)的頻率變化非常敏感。
[0004]即使在一些文獻(xiàn)中建立了基于虛擬磁鏈的并網(wǎng)電壓源變換器的無電壓傳感器控制，但到目前為止，很少有文獻(xiàn)系統(tǒng)地將這種策略應(yīng)用到不平衡和畸變的電網(wǎng)條件下。而且這些研究的共同點是，他們都首先估測出虛擬磁鏈然后使用不同的技術(shù)檢測正負(fù)序相角。這說明這些電網(wǎng)同步方法都是與虛擬磁鏈估測級聯(lián)的，產(chǎn)生了影響暫態(tài)響應(yīng)的級聯(lián)延遲，使得系統(tǒng)對電網(wǎng)頻率變化敏感其他相關(guān)研究也具有級聯(lián)延遲，此外，對于變換器輸出電壓和測量電流的正負(fù)序分離以及對正負(fù)序虛擬磁鏈(PNS-VF)成分的分離估計都需要大量的二階濾波器。
[0005]因此可以從現(xiàn)有的基于虛擬磁鏈電網(wǎng)同步方法的文獻(xiàn)中總結(jié)出三個缺點。第一，簡單應(yīng)用基于濾波器的虛擬磁鏈估測方法對電網(wǎng)頻率變化敏感。第二，在電網(wǎng)不平衡條件下基于級聯(lián)磁鏈和正負(fù)序分離的方法對暫態(tài)響應(yīng)的有級聯(lián)延遲。第三，沒有提出諧波電網(wǎng)條件下的電網(wǎng)同步方法。因此，它們的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且計算量大，同時暫態(tài)響應(yīng)相當(dāng)慢，在電網(wǎng)電壓畸變時，不能準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓相位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要提供一種基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，解決現(xiàn)有的基于虛擬磁鏈電網(wǎng)同步方法存在的三個問題，即第一，簡單應(yīng)用基于濾波器的虛擬磁鏈估測方法對電網(wǎng)頻率變化敏感；第二，在電網(wǎng)不平衡條件下基于級聯(lián)磁鏈和正負(fù)序分離的方法對暫態(tài)響應(yīng)的有級聯(lián)延遲；第三，沒有提出諧波電網(wǎng)條件下的電網(wǎng)同步方法的問題，實現(xiàn)諧波的正負(fù)序分離。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，該電網(wǎng)同步方法共有六個步驟，包括:1、兩相橋臂側(cè)輸出電壓重構(gòu)；2、變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償；3、諧波解耦；4、虛擬磁鏈以及電流的正負(fù)序分離；5、電網(wǎng)頻率估測；6、變換器以及電網(wǎng)總電感磁鏈補(bǔ)償；具體步驟如下:
[0007]步驟一、兩相橋臂側(cè)輸出電壓重構(gòu):由變換器三相橋臂開關(guān)器件的占空比和采樣得到的直流電壓得到兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓；
[0008]步驟二、變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償:采樣變換器輸出電流，以及按照步驟一獲得的兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓，變換器以及電網(wǎng)總電阻，計算除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降后虛擬磁鏈對應(yīng)的電壓；
[0009]步驟三、諧波解耦:采用諧波解耦網(wǎng)絡(luò)單元和上個周期中估測的電網(wǎng)基波頻率對步驟二中得到的電壓和變換器輸出電流進(jìn)行解耦，得到除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降后，多次諧波虛擬磁鏈值和多次諧波電流值以及基波電壓的誤差量；
[0010]步驟四、虛擬磁鏈以及電流的正負(fù)序分離:將步驟三得到的多次諧波虛擬磁鏈和多次諧波電流通過正負(fù)序計算單元，得到多次諧波虛擬磁鏈的正負(fù)序和多次諧波電流的正負(fù)序；
[0011]步驟五、電網(wǎng)頻率估測:將步驟三中獲得的基波虛擬磁鏈和電壓誤差量以及步驟四中獲得的基波虛擬磁鏈正序量通過鎖頻環(huán)FLL，獲得電網(wǎng)基波頻率值，供下一周期使用；
[0012]步驟六、變換器以及電網(wǎng)總電感磁鏈補(bǔ)償:由步驟四獲得的多次諧波虛擬磁鏈正負(fù)序值和多次諧波電流正負(fù)序值以及變換器和電網(wǎng)總電感，計算得到除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降以及總電感磁鏈降后各次諧波虛擬磁鏈正負(fù)序量。
[0013]所述的兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓重構(gòu):
[0014]步驟1.1采樣直流電壓Vdc ；
[0015]步驟1.2將直流電壓vDC以及變換器三相橋臂開關(guān)器件的占空比重構(gòu)得到兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓(V。，α，V。，e )。
[0016]所述的變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償:
[0017]步驟2.1采樣變換器輸出電流(ic’a，U ;
[0018]步驟2.2按照步驟一獲得的兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓(V。，α, vc, 0 )經(jīng)變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償單元，減去變換器輸出電流(i。，α，i。，e)與變換器以及電網(wǎng)總的電阻Rz的乘積，獲得除去變換器以及電網(wǎng)電阻壓降后虛擬磁鏈對應(yīng)的電壓(να，ve);
[0019]所述的諧波解耦:
[0020]步驟3.1諧波解耦網(wǎng)絡(luò)模塊HDN是協(xié)同工作的不同濾波頻率的多個正交信號發(fā)生器的二階廣義積分器DS0G1-QSG組成的交叉反饋網(wǎng)絡(luò)。在諧波解耦網(wǎng)絡(luò)模塊HDN中，對于第i次諧波的雙二階廣義積分器DSOG1-QSG-1這一路而言，將步驟二中得到的虛擬磁鏈對應(yīng)的電壓(va，V0 )，減去其他次電壓諧波雙二階廣義積分器DS0G1-QSG支路的輸出量V (其中m關(guān)i)得到DSOG1-QSG-1的電壓輸入量Vi ;其他支路電壓輸入量的獲取與第i次諧波雙二階廣義積分器DSOG1-QSG-1支路完全一樣；
[0021]步驟3.2鎖相環(huán)單元的輸出量ω，與諧波次數(shù)i的乘積得到第i次諧波DSOG1-QSG-1支路頻率輸入量?ω ' ;va，Ve在?ω '輸入HDN的情況下，經(jīng)過諧波解耦網(wǎng)絡(luò)模塊HDN后得到多次諧波虛擬磁鏈值X a、Xi, 0,-qXi, a> -q^i, @...x n’a、
Xn, @.X n, a > -q X n, @ 其中 Q = e_J ^/2。
[0022]步驟3.3將步驟二中得到的變換器輸出電流(i。，a，i。，e )，也同樣通過步驟3.1和步驟3.2的方法通過協(xié)同工作不同濾波頻率的多個正交信號發(fā)生器的二階廣義積分器DSOG1-QSG組成的交叉反饋網(wǎng)絡(luò)，獲得變換器網(wǎng)側(cè)多次諧波電流 ^
【權(quán)利要求】
1.一種基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:該電網(wǎng)同步方法共有六個步驟，包括:1、兩相橋臂側(cè)輸出電壓重構(gòu)；2、變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償；3、諧波解耦；4、虛擬磁鏈以及電流的正負(fù)序分離；5、電網(wǎng)頻率估測；6、變換器以及電網(wǎng)總電感磁鏈補(bǔ)償；具體步驟如下: 步驟一、兩相橋臂側(cè)輸出電壓重構(gòu):由變換器三相橋臂開關(guān)器件的占空比和采樣得到的直流電壓得到兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓； 步驟二、變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償:采樣變換器輸出電流，以及按照步驟一獲得的兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓，變換器以及電網(wǎng)總電阻，計算除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降后虛擬磁鏈對應(yīng)的電壓； 步驟三、諧波解耦:采用諧波解耦網(wǎng)絡(luò)單元和上個周期中估測的電網(wǎng)基波頻率對步驟二中得到的電壓和變換器輸出電流進(jìn)行解耦，得到除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降后，多次諧波虛擬磁鏈值和多次諧波電流值以及基波電壓的誤差量； 步驟四、虛擬磁鏈以及電流的正負(fù)序分離:將步驟三得到的多次諧波虛擬磁鏈和多次諧波電流通過正負(fù)序計算單元，得到多次諧波虛擬磁鏈的正負(fù)序和多次諧波電流的正負(fù)序; 步驟五、電網(wǎng)頻率估測:將步驟三中獲得的基波虛擬磁鏈和電壓誤差量以及步驟四中獲得的基波虛擬磁鏈正序量通過鎖頻環(huán)FLL，獲得電網(wǎng)基波頻率值，供下一周期使用； 步驟六、變換器以及電網(wǎng)總電感磁鏈補(bǔ)償:由步驟四獲得的多次諧波虛擬磁鏈正負(fù)序值和多次諧波電流正負(fù)序值以及變換器和電網(wǎng)總電感，計算得到除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降以及總電感磁鏈降后各次諧波虛擬磁鏈正負(fù)序量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:所述的兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓重構(gòu): 步驟1.1采樣直流電壓vDC ； 步驟1.2將直流電壓Vdc以及變換器三相橋臂開關(guān)器件的占空比重構(gòu)得到兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓(V。，α，V。，β )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:所述的變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償: 步驟2.1采樣變換器輸出電流(i。，α，i。，e ); 步驟2.2按照步驟一獲得的兩相橋臂側(cè)變換器輸出電壓(V。，α, vc, 0 )經(jīng)變換器以及電網(wǎng)電阻電壓補(bǔ)償單元，減去變換器輸出電流(i。，α, ic, 0 )與變換器以及電網(wǎng)總的電阻Rz的乘積，獲得除去變換器以及電網(wǎng)電阻壓降后虛擬磁鏈對應(yīng)的電壓(V α，V e )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:所述的諧波解耦: 步驟3.1諧波解耦網(wǎng)絡(luò)模塊HDN是協(xié)同工作的不同濾波頻率的多個正交信號發(fā)生器的二階廣義積分器DSOG1-QSG組成的交叉反饋網(wǎng)絡(luò)。在諧波解耦網(wǎng)絡(luò)模塊HDN中，對于第i次諧波的雙二階廣義積分器DSOG1-QSG-1這一路而言，將步驟二中得到的虛擬磁鏈對應(yīng)的電壓(va，V0 )，減 去其他次電壓諧波雙二階廣義積分器DS0G1-QSG支路的輸出量V' m，a，v' (其中m關(guān)i)得到DSOG1-QSG-1的電壓輸入量vi ;其他支路電壓輸入量的獲取與第i次諧波雙二階廣義積分器DSOG1-QSG-1支路完全一樣；步驟3.2鎖相環(huán)單元的輸出量ω '與諧波次數(shù)i的乘積得到第i次諧波DSOG1-QSG-1支路頻率輸入量i ω ' ;vα，V0在i ω '輸入HDN的情況下，經(jīng)過諧波解耦網(wǎng)絡(luò)模塊HDN后得到多次諧波虛擬磁鏈值 X1, α、X I,@, -qX 1, a >-qX 1,@...xn, α、xn,e._qxη, α >-qXn,e 其中 q = e311/2 ；步驟3.3將步驟二中得到的變換器輸出電流(i。，。，iy)，也同樣通過步驟3.1和步驟3.2的方法通過協(xié)同工作不同濾波頻率的多個正交信號發(fā)生器的二階廣義積分器DS0G1-QSG組成的交叉反饋網(wǎng)絡(luò)，獲得變換器網(wǎng)側(cè)多次諧波電流ip、Ilifi, Qi1,^Qllj g...in, α、in, β，Qln, α、Q^n, @，其中 Q — ? 。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:所述的虛擬磁鏈以及電流的正負(fù)序分離: 步驟4.1對第i次諧波支路而言，步驟三得到X α乘以1/2后減去1/2倍的q X i, e得到尤."* 步驟4.2將步驟三得到的-q X α乘以-1/2，再加上1/2倍的x ^ 0得到; 步驟4.3將步驟三得到的X α乘以1/2，再加上-1/2倍的-q X e得到； 步驟4.4將步驟三得到的-q X u乘以1/2，再減去-1/2倍的-q Xy得到^ ;步驟4.1、步驟4.2、步驟4.3、步驟4.4為正負(fù)序諧波解耦單元MPNSC( α，β )的工作步驟； 步驟4.5變換器網(wǎng)側(cè)其他次諧波電壓同樣經(jīng)過步驟4.1、步驟4.2、步驟4.3、步驟4.4進(jìn)行計算，這樣就可以獲得從I到η次諧波電壓的正負(fù)序磁鏈值
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:所述的電網(wǎng)頻率估測: 步驟5.1通過鎖頻環(huán)單元FLL將步驟三中獲得的電網(wǎng)和變換器側(cè)基波電壓對應(yīng)的虛擬磁鏈量
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于頻率自適應(yīng)虛擬磁鏈估測的電網(wǎng)同步方法，其特征是:所述的變換器以及電網(wǎng)總電感磁鏈補(bǔ)償: 步驟6.1將步驟四中獲得的除去電網(wǎng)和變換器總電阻壓降后多次諧波電壓的正負(fù)序磁鏈的值
【文檔編號】H02J3/40GK103904693SQ201410103761
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】王穎杰, 伍小杰, 劉海媛, 陳文強(qiáng), 韓雪龍, 張永磊, 王康安, 唐建波, 文炳林, 閆浩浩 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)