本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)是由若干分布式電源(distributedgeneration,dg)、儲(chǔ)能裝置和就地負(fù)荷組成的可控系統(tǒng)，具有孤島和并網(wǎng)兩種運(yùn)行模式，其中dg通常經(jīng)由三相并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)。為了實(shí)現(xiàn)離/并網(wǎng)切換以及向電網(wǎng)注入單位功率因數(shù)的電流，并網(wǎng)逆變器需要檢測(cè)公共連接點(diǎn)(pointofcommoncoupling,pcc)的電壓相位。由于微電網(wǎng)中接入大量并網(wǎng)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(fù)序而表現(xiàn)為畸變和不平衡。三相并網(wǎng)逆變器的電壓相位檢測(cè)通常采用基于同步坐標(biāo)系的軟件鎖相環(huán)(synchronousreferenceframephaselockedloop,srf-pll)，電壓畸變不平衡時(shí)，其中的負(fù)序分量會(huì)在srf-pll的同步坐標(biāo)變換結(jié)果中產(chǎn)生2倍頻振蕩，即便低通濾波器也不能完全消除振蕩對(duì)檢測(cè)精度的影響，從而使相位檢測(cè)結(jié)果存在誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法，該方法解決了在電網(wǎng)電壓畸變不平衡時(shí)傳統(tǒng)相位檢測(cè)方法存在誤差的問(wèn)題，在電壓畸變且不平衡時(shí)可以準(zhǔn)確地進(jìn)行電壓相位檢測(cè)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，將電壓合成矢量并投影到轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可調(diào)的vsf上，將vsf的轉(zhuǎn)向設(shè)定為逆時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速設(shè)定為ω′，其中ω′為微電網(wǎng)規(guī)定的工頻角速度；

步驟2，應(yīng)用lpf從ex和ey中提取小于0.5hz的低頻分量，并計(jì)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(biāo)，ey為電壓矢量在vsf的y軸上的坐標(biāo)；

步驟3，vsf的轉(zhuǎn)向設(shè)定為逆時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速調(diào)整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計(jì)算出正序m次電壓的相位，其中m為諧波的次數(shù)；

步驟4，vsf的轉(zhuǎn)向設(shè)定為為順時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速調(diào)整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計(jì)算出負(fù)序m次電壓的相位。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1.1，設(shè)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(fù)序電壓的幅值；θm⁺為m次正序電壓的初始相角；θm^-為m次負(fù)序電壓的初始相角；m為諧波次數(shù)；t為時(shí)間；上標(biāo)﹢表示正序，上標(biāo)﹣表示負(fù)序；ω為電壓基波的角頻率；

步驟1.2，應(yīng)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(fù)平面實(shí)軸上的坐標(biāo)；ei為電壓矢量在復(fù)平面虛軸上的坐標(biāo)；

步驟1.3，e與虛軸負(fù)半軸的夾角為θ，電壓矢量在復(fù)平面實(shí)軸和虛軸上的坐標(biāo)er和ei為：

式中：|e|為電壓矢量的幅值；

步驟1.4，建立轉(zhuǎn)速為ω′，轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針的vsf；由vsf的x軸與虛軸負(fù)半軸的夾角為ω′t+γ，e與虛軸負(fù)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(biāo)為：

式中：t表示時(shí)間；γ為xy坐標(biāo)系的初相角，取隨機(jī)值；

步驟1.5，將er和ei的值代入公式(4)得e在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟2.1，應(yīng)用lpf提取出正序基波電壓在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟2.2，在t時(shí)刻，vsf的x軸與虛軸負(fù)半軸的夾角ω′t+γ為已知量；根據(jù)正序基波電壓矢量在vsf上的坐標(biāo)求出正序基波電壓矢量與x軸的夾角為正序基波電壓的相位ωt+θ1⁺等于正序基波電壓矢量與虛軸負(fù)半軸的夾角，在t時(shí)刻正序基波電壓相位的計(jì)算公式為：

步驟3具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟3.1，根據(jù)e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關(guān)系，得到e在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟3.2，應(yīng)用lpf提取出正序m次電壓在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟3.3，在t時(shí)刻，vsf的x軸與虛軸負(fù)半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據(jù)正序m次電壓矢量在vsf上的坐標(biāo)求出正序m次電壓矢量與x軸的夾角為正序m次電壓的相位mωt+θm⁺等于正序m次電壓矢量與虛軸負(fù)半軸的夾角，在t時(shí)刻正序m次電壓相位的計(jì)算公式為：

步驟4具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟4.1，根據(jù)e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關(guān)系，得到e在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟4.2，應(yīng)用lpf提取出負(fù)序m次電壓在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟4.3，在t時(shí)刻，vsf的x軸與虛軸正半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據(jù)負(fù)序m次電壓矢量在vsf上的坐標(biāo)求出負(fù)序m次電壓矢量與x軸的夾角為負(fù)序m次電壓的相位mωt+θm^－等于負(fù)序m次電壓矢量與虛軸正半軸的夾角，在t時(shí)刻負(fù)序m次電壓相位的計(jì)算公式為：

本發(fā)明的有益效果是，適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法與srf-pll相比，該相位檢測(cè)方法不受電壓畸變和不平衡的影響；相位檢測(cè)不需要整定pi參數(shù)，使得相位檢測(cè)的調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單；該相位檢測(cè)方法可以檢測(cè)任意指定的正負(fù)序基波和諧波電壓相位；該相位檢測(cè)方法復(fù)雜性也無(wú)明顯增加。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法的原理框圖；

圖2是虛擬同步坐標(biāo)系原理圖；

圖3是用于檢測(cè)負(fù)序電壓相位的虛擬同步坐標(biāo)系；

圖4是電網(wǎng)電壓畸變不平衡時(shí)的三相電壓波形圖；

圖5是a相電網(wǎng)電壓、a相正序基波電壓及其相位檢測(cè)波形圖；

圖6是a相電網(wǎng)電壓、a相正序5次諧波電壓及其相位檢測(cè)波形圖；

圖7是a相電網(wǎng)電壓、a相負(fù)序基波電壓及其相位檢測(cè)波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法，如圖1所示，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，將電壓合成矢量并投影到轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可調(diào)的虛擬同步坐標(biāo)系(virtualsynchronizationframe,vsf)上，將vsf的轉(zhuǎn)向設(shè)定為逆時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速設(shè)定為ω′，其中ω′為微電網(wǎng)規(guī)定的工頻角速度；

步驟2，應(yīng)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(jì)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(biāo)，ey為電壓矢量在vsf的y軸上的坐標(biāo)；

步驟3，vsf的轉(zhuǎn)向設(shè)定為逆時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速調(diào)整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計(jì)算出正序m次電壓的相位，其中m為諧波的次數(shù)；

步驟4，vsf的轉(zhuǎn)向設(shè)定為為順時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)速調(diào)整為mω′，將電壓矢量e投影到vsf，計(jì)算出負(fù)序m次電壓的相位。

步驟1具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1.1，設(shè)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(fù)序電壓的幅值；θm⁺為m次正序電壓的初始相角；θm^-為m次負(fù)序電壓的初始相角；m為諧波次數(shù)；t為時(shí)間；上標(biāo)﹢表示正序，上標(biāo)﹣表示負(fù)序；ω為電壓基波的角頻率；

步驟1.2，應(yīng)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(fù)序基波和諧波電壓矢量合成，幅值和相角是時(shí)變的，電壓矢量e為：

式中：er為電壓矢量在復(fù)平面實(shí)軸上的坐標(biāo)；ei為電壓矢量在復(fù)平面虛軸上的坐標(biāo)；

步驟1.3，e與虛軸負(fù)半軸的夾角為θ，根據(jù)圖2所示的空間幾何關(guān)系，電壓矢量在復(fù)平面實(shí)軸和虛軸上的坐標(biāo)er和ei為：

式中：|e|為電壓矢量的幅值；

步驟1.4，建立轉(zhuǎn)速為ω′，轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針的vsf；由vsf的x軸與虛軸負(fù)半軸的夾角為ω′t+γ，e與虛軸負(fù)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(biāo)為：

式中：t表示時(shí)間；γ為xy坐標(biāo)系的初相角，取隨機(jī)值；

步驟1.5，將er和ei的值代入公式(4)得e在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟2.1，應(yīng)用lpf提取出正序基波電壓在vsf上的坐標(biāo)為(國(guó)家電網(wǎng)規(guī)定容量在300萬(wàn)千瓦以下的電網(wǎng)允許頻率偏差為±0.5hz，因此ω－ω′在0～0.5hz)：

步驟2.2，在t時(shí)刻，vsf的x軸與虛軸負(fù)半軸的夾角ω′t+γ為已知量；根據(jù)正序基波電壓矢量在vsf上的坐標(biāo)求出正序基波電壓矢量與x軸的夾角為如圖2所示空間幾何關(guān)系，正序基波電壓的相位ωt+θ1⁺等于正序基波電壓矢量與虛軸負(fù)半軸的夾角，在t時(shí)刻正序基波電壓相位的計(jì)算公式為：

步驟3具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟3.1，如圖2所示，根據(jù)e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關(guān)系，得到e在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟3.2，應(yīng)用lpf提取出正序m次電壓在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟3.3，在t時(shí)刻，vsf的x軸與虛軸負(fù)半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據(jù)正序m次電壓矢量在vsf上的坐標(biāo)求出正序m次電壓矢量與x軸的夾角為圖2所示的空間幾何關(guān)系，正序m次電壓的相位mωt+θm⁺等于正序m次電壓矢量與虛軸負(fù)半軸的夾角，在t時(shí)刻正序m次電壓相位的計(jì)算公式為：

步驟4具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟4.1，如圖3所示，根據(jù)e與x軸的夾角為mω′t+γ-θ的幾何關(guān)系，得到e在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟4.2，應(yīng)用lpf提取出負(fù)序m次電壓在vsf上的坐標(biāo)為：

步驟4.3，在t時(shí)刻，vsf的x軸與虛軸正半軸的夾角mω′t+γ為已知量；根據(jù)負(fù)序m次電壓矢量在vsf上的坐標(biāo)求出負(fù)序m次電壓矢量與x軸的夾角為如圖3所示，負(fù)序m次電壓的相位mωt+θm^－等于負(fù)序m次電壓矢量與虛軸正半軸的夾角，在t時(shí)刻負(fù)序m次電壓相位的計(jì)算公式為：

為了驗(yàn)證本算法的有效性，在matlab/simulink上進(jìn)行仿真，電網(wǎng)電壓由正序基波電壓疊加0.2pu的負(fù)序基波電壓和0.05pu的正序5次諧波電壓構(gòu)成。

圖4為電網(wǎng)電壓畸變不平衡時(shí)的三相電壓波形圖；圖5為a相電網(wǎng)電壓、a相正序基波電壓及其相位檢測(cè)波形圖；圖6為a相電網(wǎng)電壓、a相正序5次諧波電壓及其相位檢測(cè)波形圖；圖7為a相電網(wǎng)電壓、a相負(fù)序基波電壓及其相位檢測(cè)波形圖?？梢钥闯鰬?yīng)用本發(fā)明的檢測(cè)方法得到的電壓相位和電壓實(shí)際相角完全一致。因此本發(fā)明適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法可以準(zhǔn)確的從畸變且不平衡的電壓中檢測(cè)出基波、諧波及負(fù)序電壓的相位信息。

本發(fā)明的適用于電網(wǎng)電壓畸變且不平衡的電壓相位檢測(cè)方法有如下優(yōu)點(diǎn)：與srf-pll相比，該相位檢測(cè)方法不受電壓畸變和不平衡的影響；相位檢測(cè)不需要整定pi參數(shù)，使得相位檢測(cè)的調(diào)整過(guò)程簡(jiǎn)單；該相位檢測(cè)方法可以檢測(cè)任意指定的正負(fù)序基波和諧波電壓相位；該相位檢測(cè)方法復(fù)雜性也無(wú)明顯增加。