一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于參考頻率的電網同步信號實時檢測方法，涉及電壓同步信號檢測領域，該方法在檢測過程中的低通濾波環(huán)節(jié)引入負反饋和比例控制，使得相位偏移的校正能得到滿意的指標；解決了電網出現(xiàn)頻率偏移從而導致檢測的同步信號存在較大的相位偏移的問題，僅檢測單相電網電壓與參考頻率正弦、余弦信號運算，即使在三相電網畸變、不平衡條件下也能準確檢測電網同步信號。通過還公開了一種基于參考頻率的電網同步信號實時檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用負反饋和比例控制使得相位偏移得到明顯校正，按照推導的相位偏移與比例控制系數(shù)K的表達式取值，能得到滿意的結果，說明電網同步信號實時檢測系統(tǒng)具有正確性和有效性。
【專利說明】—種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法及系統(tǒng)【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電壓同步信號檢測方法及系統(tǒng)，特別涉及一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]太陽能光伏、風能等新能源的并網控制研究備受國內外關注，電網同步信號的檢測是新能源并網變換器控制的關鍵技術之一。實際電網易出現(xiàn)不平衡、畸變以及頻率波動等工況，要求精確檢測電網同步信號的難度很高。目前的電網同步信號檢測方法主要有鎖相環(huán)(PLL)電網同步、基于dq變換的軟件鎖相環(huán)電網同步、基于雙dq變換的軟件鎖相環(huán)電網同步、基于二階廣義積分鎖相環(huán)電網同步方法。鎖相環(huán)受電壓畸變、不平衡影響較大，嚴重情況下會出現(xiàn)失鎖；基于dq變換的軟件鎖相環(huán)在三相電壓平衡時檢測效果較好，但三相不平衡時鎖相性能受到較大影響，檢測精度不高；基于雙dq變換的軟件鎖相環(huán)能實現(xiàn)正負序分離，在三相電網不平衡和畸變條件下鎖相效果較好，但其需要多次dq變換和解耦，增加了設計復雜度；基于二階廣義積分鎖相環(huán)電網同步方法能提取電網正負序分量，利用鎖相環(huán)節(jié)實現(xiàn)電網同步，能實現(xiàn)頻率自適應，但電網畸變嚴重時，濾波效果受諧振帶寬的限制，為解決此問題，需引入諧波擴展解耦策略，使整體設計更為復雜。
[0003]文獻基于參考頻率思想，研究了無鎖相環(huán)實現(xiàn)無功、諧波電流實時檢測方法，采用低通濾波器或積分法提取低頻信號，但采用低通濾波器和積分法檢測結果都明顯存在較大的相位偏移，精度不夠高。本文提出一種基于參考頻率的電網同步信號檢測策略，僅采樣單相電網電壓，經過適當?shù)倪\算即可得到電網同步正弦、余弦信號的數(shù)學模型。對低通濾波環(huán)節(jié)進行改進，引入負反饋和比例控制，對電網頻率偏移導致檢測的同步信號與實際值產生的相位偏移進行校正，提高了檢測精度。理論和實驗研究結果表明本文電網同步信號檢測方法不受電網電壓畸變、不平衡的影響，能對電網頻率波動引起檢測的電網同步信號存在的相位偏移進行校正。·
【發(fā)明內容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法及系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的之一是提出一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法；本發(fā)明的目的之二是提出一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的之一是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明提供的一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法，包括以下步驟:
[0008]S1:輸入?yún)⒖颊倚盘杝ir^o^t+e)、余弦信號cosbj+e)和電網單相電壓
es ;
[0009]S2:將參考正弦信號sin(?Qt+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第一低通濾波器LPF和第一比例控制K，將第一比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第一低通濾波器LPF的輸入端，所述從第一比例控制K輸出的信號經過處理得到第一中間信號Udcos ；
[0010]S3:將參考余弦信號cos (G^t+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第二低通濾波器LPF和第二比例控制K，將第二比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第二低通濾波器LPF的輸入端，所述從第二比例控制K輸出的信號經過處理得到第二中間信號Udsin ；
[0011]S4:將參考正弦信號Sir^o^t+ 0 )和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考余弦信號COS (?4+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波信號esl ；
[0012]將參考余弦信號cos (? A+ 0 ))和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考正弦信號sin (? J+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波正交信號e' sl ;
[0013]S5:將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生的信號與電網的基波信號esl
進行相除，得到電網同步正弦信號sin_ +的).[0014]將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生的信號與電網的基波正交信號e/ sl進行相除,得到電網同步余弦信號cos(GV +<PS)。
[0015]進一步，所述第一低通濾波器LPF和第二低通濾波器LPF的傳遞函數(shù)表示為:......K(°c
[0017]其中，為濾波器截止頻率，Q為品質因數(shù)，K表示比例控制系數(shù)，s表示傳遞函數(shù)中的參數(shù)。
[0018]進一步，所述第一比例控制K和第二比例控制K按以下公式取值K值:
[0019]?



*
[0020]其中，A (J)表不由頻率偏差引起的相位偏移，w表不頻率偏差值，W。表不濾波器截止頻率，Q表示為品質因數(shù)，K表示比例控制系數(shù)。
[0021]本發(fā)明的目的之二是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0022]本發(fā)明提供的基于參考頻率電網同步信號實時檢測系統(tǒng)，包括
[0023]信號輸入單元、第一中間信號生成單元、第二中間信號生成單元、電網基波信號單元、電網基波正交信號單元、電網同步正弦信號單元和電網同步余弦信號單元；
[0024]所述信號輸入單兀，用于輸入?yún)⒖颊倚盘杝in (?dt+ 0 )、余弦信號cos(w0t+ 9 )和電網單相電壓es ；
[0025]所述第一中間信號生成單元，用于將參考正弦信號sin(?Qt+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第一低通濾波器LPF和第一比例控制K，將第一比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第一低通濾波器LPF的輸入端，所述從第一比例控制K輸出的信號經過處理得到第一中間信號Udcos ；
[0026]所述第二中間信號生成單元，用于將參考余弦信號coMo^t+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第二低通濾波器LPF和第二比例控制K，將第二比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第二低通濾波器LPF的輸入端，所述從第二比例控制K輸出的信號經過處理得到第二中間信號Udsin ；
[0027]所述電網基波信號單元，用于將參考正弦信號siWc^t+e)和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考余弦信號cos Oj+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波信號esl ;
[0028]所述電網基波正交信號單元，用于將參考余弦信號coMc^t+ 0 )和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考正弦信號sir^o^t+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波正交信號e' sl ;
[0029]所述電網同步正弦信號單元，用于將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生
的信號與電網的基波信號esl進行相除，得到電網同步正弦信號
【權利要求】
1.一種基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: 51:輸入?yún)⒖颊倚盘杝in(?Qt+ 0 )、余弦信號cos(?Qt+ 0 )和電網單相電壓es ； 52:將參考正弦信號sin (? J+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第一低通濾波器LPF和第一比例控制K，將第一比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第一低通濾波器LPF的輸入端，所述從第一比例控制K輸出的信號經過處理得到第一中間信號 Udcos ； 53:將參考余弦信號cos (? J+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第二低通濾波器LPF和第二比例控制K，將第二比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第二低通濾波器LPF的輸入端，所述從第二比例控制K輸出的信號經過處理得到第二中間信號 Udsin ； 54:將參考正弦信號Sir^c^t+ 0 )和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考余弦信號coM^t+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波信號esl ； 將參考余弦信號cos (St+ 0 ))和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考正弦信號sin(? J+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波正交信號e' sl ； 55:將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生的信號與電網的基波信號esl進行相除，得到電網同步正弦信號sin(_ + fPi).將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生的信號與電網的基波正交信號e' sl進行相除，得到電網同步余弦信號0
2.根據(jù)權利要求1所述的基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法，其特征在于:所述第一低通濾波器LPF和第二低通濾波器LPF的傳遞函數(shù)表示為: a' __Kco_._
riLPF^/ —
S2+ S+ (K +l)ej2
0 其中，《。為濾波器截止頻率，Q為品質因數(shù)，K表示比例控制系數(shù)，s表示傳遞函數(shù)中的參數(shù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法，其特征在于:所述第一比例控制K和第二比例控制K按以下公式取值: Ian I I=——(^JM.—7
(人, +CO2 ? 其中，A (J)表不由頻率偏差引起的相位偏移，w表不頻率偏差值，W。表不濾波器截止頻率，Q表示為品質因數(shù)，K表示比例控制系數(shù)。
4.一種根據(jù)權利要求1所述的基于參考頻率電網同步信號實時檢測方法來實現(xiàn)的檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括信號輸入單元、第一中間信號生成單元、第二中間信號生成單元、電網基波信號單元、電網基波正交信號單元、電網同步正弦信號單元和電網同步余弦信號單元； 所述信號輸入單兀，用于輸入?yún)⒖颊倚盘杝inf^c^t+ 0 )、余弦信號cosf^c^t+ 0 )和電網單相電壓es ； 所述第一中間信號生成單元，用于將參考正弦信號sin (co J+0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第一低通濾波器LPF和第一比例控制K，將第一比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第一低通濾波器LPF的輸入端，所述從第一比例控制K輸出的信號經過處理得到第一中間信號Udcos ； 所述第二中間信號生成單元，用于將參考余弦信號coMc^t+ 0 )與電網單相電壓es進行相乘運算，依次經過第二低通濾波器LPF和第二比例控制K，將第二比例控制K輸出信號作為負反饋控制信號引入到第二低通濾波器LPF的輸入端，所述從第二比例控制K輸出的信號經過處理得到第二中間信號Udsin ； 所述電網基波信號單元，用于將參考正弦信號sin (??！?0 )和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考余弦信號cos (^t+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波信號esl ; 所述電網基波正交信號單元，用于將參考余弦信號coM^t+e)和第一中間信號Udcos進行相乘運算生成的信號與參考正弦信號sir^o^t+ 0 )和第二中間信號Udsin進行相乘運算生成的信號進行相加提取出電網的基波正交信號e' sl ; 所述電網同步正弦信號單元，用于將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生的信號與電網的基波信號esl進行相除，得到電網同步正弦信號smnt+n).所述電網同步余弦信號單元，用于將電網的基波信號esl與電網的基波正交信號e' sl分別進行平方運算，再將平方運算后的信號相加，最后將相加所得信號進行開方產生的信號與電網的基波正交信號e' sl進行相除,得到電網同步余弦信號—(叫+ ?) o
5.根據(jù)權利要求4所述的基于參考頻率電網同步信號實時檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一低通濾波器LPF和第二低通濾波器LPF的傳遞函數(shù)表示為: in^) 1- + co^s + ^K+\)or.其中，wc為濾波器截止頻率，Q為品質因數(shù)。



I
6.根據(jù)權利要求4所述的基于參考頻率電網同步信號實時檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述第一比例控制K和第二比例控制K按以下公式取值K值:
A ,., , (OQ)JO
其中，w表示頻率偏差值。
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【文檔編號】H03L7/085GK103592500SQ201310602875
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權日:2013年11月22日
【發(fā)明者】周林, 晁陽, 廖波, 郭珂, 劉強, 楊明, 張密, 鄭光輝 申請人:重慶大學