本發(fā)明涉及電力供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有頻率前饋補償?shù)娜嚯妷合辔绘i定方法。

背景技術(shù)：

在鋼鐵、冶金等工業(yè)電力系統(tǒng)中，由于負(fù)荷的快速變動而需要對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)無功補償，此時需要檢測三相電壓相位以進(jìn)行同步的相控調(diào)整。在風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)中，新能源產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)過逆變后需要與大電網(wǎng)同步以實現(xiàn)并聯(lián)上網(wǎng)，只有獲得準(zhǔn)確的三相電壓相位才能保證并網(wǎng)成功。常規(guī)的鎖相環(huán)技術(shù)采用過零檢測方法判斷信號的相位，對于電壓諧波較大的情況容易產(chǎn)生誤判和調(diào)整時間過長等問題。因此，本發(fā)明提出一種具有頻率前饋補償?shù)娜嚯妷合辔绘i定技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種具有頻率前饋補償?shù)娜嚯妷合辔绘i定方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種具有頻率前饋補償?shù)娜嚯妷合辔绘i定方法，包括以下步驟：

1)初始化，設(shè)三相電壓A相相位為θ＝0；

2)信號采集，采樣三相電壓信號u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，令采樣頻率為f_s，其中k為采樣序號；

3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，針對采樣獲得的數(shù)據(jù)u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，利用轉(zhuǎn)換公式將三相電壓從三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，其中u_α(k)、u_β(k)分別為二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中α軸電壓分量和β軸電壓分量；

4)針對u_α(k)、u_β(k)，利用公式計算二相靜止坐標(biāo)系中q軸電壓分量u_q(k)；

5)設(shè)頻率檢測環(huán)節(jié)濾波器傳遞函數(shù)為其中r表示極點半徑，0≤r≤1，a為濾波器系數(shù)，z為移位因子；令輸入信號u_α(k)經(jīng)過濾波器H(z)后的輸出為e_u(k)，為了檢測得到準(zhǔn)確的三相電壓頻率以使得濾波器H(z)輸出為0，則濾波器參數(shù)a的迭代公式為a(k+1)＝a(k)-λe_u(k)(u_a(k-1)-re_u(k-1))，其中λ為迭代步長，λ＞0；此時三相電壓系統(tǒng)角頻率w₀(k)＝cos^-1(-a(k)/2)(rad/sec，弧度/秒)，角頻率w₀(k)即為系統(tǒng)的前饋控制量；

6)令輸出濾波器離散表示式為其中a₀、b₀、b₁為濾波器系數(shù)，則q軸分量u_q(k)經(jīng)過輸出濾波器后為u_qf(k)；

7)令系統(tǒng)誤差e(k)＝0-u_qf(k)，PI控制器的離散表達(dá)式為其中k_p、k_i為控制器參數(shù)，相位角經(jīng)過PI控制器調(diào)整后為Δw(k)＝k_pe(k)+(Δw(k-1)-k_pe(k-1))+k_ie(k)，其中Δw(k)為PI控制器k時刻輸出，Δw(k-1)為PI控制器k-1時刻輸出；

8)前饋控制器與PI控制器綜合頻率調(diào)整量為則此時A相電壓相位為θ(k)＝θ(k-1)+T_s(Δw(k)+w₀(k))，其中T_s為采樣周期；

如果相位θ(k)＞2π，則調(diào)整后最終的相位θ(k)＝θ(k)-2π；如果θ(k)＜-2π，則調(diào)整后最終的相位θ(k)＝θ(k)+2π；

9)根據(jù)A相電壓相位得到B、C相電壓相位分別為

10)重復(fù)執(zhí)行步驟2)至步驟9)，以獲得下一個時刻的三相電壓相位。

按上述方案，所述步驟3)中轉(zhuǎn)換公式為

按上述方案，所述步驟5)中r＝0.92，步長λ＝10^-9。

按上述方案，所述步驟7)中PI控制器參數(shù)為k_p＝-0.1674，k_i＝-0.2039。

本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是：本發(fā)明利用頻率前饋與反饋技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行三相相位跟蹤控制，該前饋環(huán)節(jié)的加入能夠大大增加相位跟蹤閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，較傳統(tǒng)的三相鎖相環(huán)技術(shù)具有更佳的動態(tài)性能，非常適合于系統(tǒng)干擾較大的工業(yè)應(yīng)用場合。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1為本發(fā)明的原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例中三相電壓實測采樣曲線圖；

圖3為本發(fā)明實施例中兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中α軸電壓分量和β軸電壓分量；

圖4為本發(fā)明實施例中兩相靜止坐標(biāo)系中q軸分量u_q(k)曲線圖；

圖5為本發(fā)明實施例中頻率檢測濾波器獲得的系統(tǒng)頻率曲線圖；

圖6為本發(fā)明實施例中系統(tǒng)的頻率跟蹤曲線圖；

圖7為本發(fā)明實施例中A相電壓相位跟蹤效果圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

一種具有頻率前饋補償?shù)娜嚯妷合辔绘i定方法，包括以下步驟：

1)初始化，設(shè)三相電壓A相相位為θ＝0；

2)信號采集，采樣三相電壓信號u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，令采樣頻率為f_s，其中k為采樣序號；

3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，針對采樣獲得的數(shù)據(jù)u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)，利用轉(zhuǎn)換公式將三相電壓從三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，其中u_α(k)、u_β(k)分別為二相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中α軸電壓分量和β軸電壓分量；

4)針對u_α(k)、u_β(k)，利用公式計算二相靜止坐標(biāo)系中q軸電壓分量u_q(k)；

5)設(shè)頻率檢測環(huán)節(jié)濾波器傳遞函數(shù)為其中r表示極點半徑，0≤r≤1，a為濾波器系數(shù)，z為移位因子；令輸入信號u_α(k)經(jīng)過濾波器H(z)后的輸出為e_u(k)，為了檢測得到準(zhǔn)確的三相電壓頻率以使得濾波器H(z)輸出為0，則濾波器參數(shù)a的迭代公式為a(k+1)＝a(k)-λe_u(k)(u_a(k-1)-re_u(k-1))，其中λ為迭代步長，λ＞0；此時三相電壓系統(tǒng)角頻率w₀(k)＝cos^-1(-a(k)/2)(rad/sec，弧度/秒)，角頻率w₀(k)即為系統(tǒng)的前饋控制量；

6)令輸出濾波器離散表示式為其中a₀、b₀、b₁為濾波器系數(shù)，則q軸分量u_q(k)經(jīng)過輸出濾波器后為u_qf(k)；

7)令系統(tǒng)誤差e(k)＝0-u_qf(k)，PI控制器的離散表達(dá)式為其中k_p、k_i為控制器參數(shù)，相位角經(jīng)過PI控制器調(diào)整后為Δw(k)＝k_pe(k)+(Δw(k-1)-k_pe(k-1))+k_ie(k)，其中Δw(k)為PI控制器k時刻輸出，Δw(k-1)為PI控制器k-1時刻輸出；

8)前饋控制器與PI控制器綜合頻率調(diào)整量為則此時A相電壓相位為θ(k)＝θ(k-1)+T_s(Δw(k)+w₀(k))，其中T_s為采樣周期；

如果相位θ(k)＞2π，則調(diào)整后最終的相位θ(k)＝θ(k)-2π；如果θ(k)＜-2π，則調(diào)整后最終的相位θ(k)＝θ(k)+2π；

9)根據(jù)A相電壓相位得到B、C相電壓相位分別為

10)重復(fù)執(zhí)行步驟2)至步驟9)，以獲得下一個時刻的三相電壓相位。

具體實施例：

某鋼廠380V三相線路上存在較大諧波干擾，擬采用本發(fā)明提出的三相電壓相位跟蹤技術(shù)獲得三相實時相位。設(shè)采樣頻率f_s＝10000Hz，采樣周期T_s＝0.0001s，通過實際測量獲得u_a(k)、u_b(k)、u_c(k)三相電壓曲線如附圖2所示，通過計算分析可知現(xiàn)場電壓畸變率THD＝10％，電壓不平衡度為4％。

根據(jù)步驟(3)將三相電壓從三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，此時α軸電壓分量和β軸電壓分量如圖3所示，從圖3中可以發(fā)現(xiàn)u_α(k)、u_β(k)均受到較大的諧波干擾。

根據(jù)步驟(4)可得兩相靜止坐標(biāo)系中q軸分量u_q(k)曲線如圖4所示，同樣u_q(k)也受到比較嚴(yán)重的二次諧波干擾；

根據(jù)步驟(5)，選擇r＝0.92，步長λ＝10^-9，則本發(fā)明提出的鎖相方法通過頻率檢測濾波器得到的系統(tǒng)頻率曲線如附圖5所示。

針對附圖4中q軸分量u_q(k)受到的諧波干擾，按照步驟(6)選擇濾波器參數(shù)為a₀＝-0.939062505817492，b₀＝0.030468747091254，b₁＝0.030468747091254。

選擇PI控制器參數(shù)為k_p＝-0.1674，k_i＝-0.2039，經(jīng)過閉環(huán)反饋控制和前饋控制調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)的頻率估計曲線如圖6所示。

在前饋和反饋控制的共同作用下，鎖相系統(tǒng)獲得的A相電壓跟蹤效果如圖7所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)過3個周期共0.06秒即可以獲得準(zhǔn)確的相位跟蹤。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。