一種交流電相位頻率幅值跟蹤重構(gòu)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于交流電相位檢測與重構(gòu)的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種交流電相位 頻率幅值跟蹤重構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏、風(fēng)力等新能源并網(wǎng)發(fā)電快速發(fā)展，分布式發(fā)電成為熱點研究對象。軟件鎖相 環(huán)是分布式發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，用以檢測污染的電網(wǎng)電壓的頻率和相位，為并網(wǎng)發(fā)電 提供支持。受污染的電網(wǎng)不僅電壓不平衡，而且含有多次諧波分量。為越來越多的學(xué)者對 其進(jìn)行了研究，提出了諸多鎖相環(huán)的控制與設(shè)計方案。例如基于低通濾波鎖相環(huán)、基于加權(quán) 最小二乘法估計的鎖相環(huán)、基于擴展卡爾曼濾波器的鎖相環(huán)、基于空間矢量濾波器的鎖相 環(huán)等等。他們都存在以下問題：鎖相的精度不高，響應(yīng)慢，對系統(tǒng)頻率變化和三相電壓不平 衡較敏感。隨著研究的深入，許多鎖相環(huán)被提出，從而使鎖相環(huán)的性能得到不斷的改善和提 升?；趩瓮阶鴺?biāo)系軟件鎖相環(huán)，當(dāng)三相電網(wǎng)電壓不平衡時，得到的電壓正序分量的相位 存在較大2次諧波?；趯ΨQ分量法的單同步坐標(biāo)系軟件鎖相環(huán)，對頻率適應(yīng)性相對不足。 為了提高鎖相環(huán)的鎖相精度和響應(yīng)，提出了基于雙同步坐標(biāo)系的解耦軟件鎖相環(huán)。該方法 能在電壓平衡和不平衡條件下準(zhǔn)確地獲取電網(wǎng)電壓的相位、幅值和頻率信息，具有較好的 電網(wǎng)適應(yīng)性。
[0003] 由于單相電網(wǎng)電壓信號不存在構(gòu)成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的兩相正交電壓信號，上述基 于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的三相電網(wǎng)鎖相環(huán)控制策略一般不適用于單相電網(wǎng)鎖相環(huán)的控制。單相 電網(wǎng)電壓的鎖相環(huán)方案有：基于延遲法構(gòu)造虛擬兩相的單相鎖相環(huán)，存在周期性的延遲，動 態(tài)響應(yīng)慢?；赑-Q理論的單相鎖相環(huán)，在電壓跌落、相位突變時，響應(yīng)慢?；赑ark反變 換的單相鎖相環(huán)，濾波器設(shè)計困難，電壓不平衡時響應(yīng)慢。
[0004] 基于雙二階廣義積分器的檢測算法在許多方面都用應(yīng)用?；陔p二階廣義積分器 的三相軟件鎖相環(huán)能在電壓平衡和不平衡條件下分析三相電網(wǎng)電壓的相位、幅值和頻率信 息，響應(yīng)快。而且基于雙二階廣義積分器的單相軟件鎖相環(huán)也能準(zhǔn)確快速的獲取單相交流 電的信息。但是，一方面，以上鎖相環(huán)技術(shù)均需要提供被測對象的基頻和三相電壓的相序； 另一方面，當(dāng)交流電諧波分量較大時，實際的相位曲線不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，角頻率不為恒 定值，而以上算法得到的角頻率均為恒定值，這樣相位誤差就會變大，在變頻調(diào)速、未知電 網(wǎng)和鎖相環(huán)相位跟蹤等復(fù)雜的應(yīng)用情況下，上述算法并不能實際解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于二階廣義積分器交 流電相位頻率跟蹤重構(gòu)的算法，其目的在于無需給定參考頻率，可以對任意未知幅值、頻率 的交流電分析，從而得出各自的幅值、頻率和相位，具備良好的跟蹤和重構(gòu)效果。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種交流電相位頻率幅值跟蹤 重構(gòu)方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[0007] (1)實時米集交流電，判斷其是單相或是二相交流電，若是單相，則進(jìn)入步驟（2)， 若是三相交流電，則進(jìn)入步驟（3);
[0008] (2)實現(xiàn)單相交流電的重構(gòu)；其包括如下子步驟：
[0009] (2-1)連續(xù)采集N組單相交流電實時數(shù)據(jù)，并將其輸入二階廣義積分器求解出兩 個正交的輸出量，利用上述兩個正交的輸出量求出實時交流電幅值；
[0010] (2-2)求解其中0為單相交流電實際相位角，|為單相交流電跟蹤相 位角，其中sin(6>-#；) =JT._#+r.sini，其中X、Y是分別與所述兩個正交的輸出量相關(guān)的 系數(shù)；
[0011] (2-3)將所述步驟（2-2)獲得的sin⑷作為PI控制器的輸入，進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而 輸出所述單相交流電的角頻率，所述角頻率積分之后獲得所述單相交流電的相位角；
[0012] (2-4)由上述步驟獲得的所述幅值、角頻率和相位角，實現(xiàn)所述單相交流電的重 構(gòu)；
[0013] (3)實現(xiàn)三相交流電的重構(gòu)；其包括如下子步驟：
[0014] (3-1)連續(xù)采集N組三相交流電實時數(shù)據(jù)，計算得出嫁.sini，其中 9為三相交流電實際相位角，I為三相交流電跟蹤相位角，其中M、N是與三相電壓幅值和 三相電壓信號相關(guān)的表達(dá)式；
[0015] (3-2)將所述步驟（3-1)獲得的Sin(f-6b作為PI控制器的輸入，進(jìn)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而輸 出所述三相交流電的角頻率，所述角頻率積分之后獲得所述三相交流電的相位角；
[0016] (3-3)將所述步驟（3-2)的輸出輸入二階廣義積分器，求解得出三組兩個正交的 輸出量，計算得出各相實時幅值；
[0017] (3-4)由所述步驟（3-2)、（3-3)獲得的所述幅值、角頻率和相位角，實現(xiàn)所述單相 交流電的重構(gòu)。
[0018] 進(jìn)一步地，所述步驟（2-1)及所述步驟（3-3)中計算所述幅值的方法為 ^4 = 士|2+丨||2::，其中t和1分別為求出的所述兩正交的輸出量。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟（2-1)及所述步驟（3-3)中計算所述幅值的方法為反Park變 換法，即J= -(悉賊
[0020] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于對采集的三 相交流電實際值分析出三相交流電的頻率、相位、相序關(guān)系，其次利用二階廣義積分器、頻 率和相位信息得到各相實時的估計幅值，再次估計幅值代入提出的算法，減小估計的頻率 和相位誤差，能夠取得下列有益效果：
[0021] (1)巧妙地應(yīng)用了正弦差公式及二階廣義積分器，無需提供前饋參考角頻率，能有 效分析任意未知角頻率的交流電的相位、頻率和幅值；
[0022] (2)對于單相或三相電壓、電流信號，均可實現(xiàn)信號分析；
[0023] (3)本發(fā)明能適應(yīng)含有諧波和噪聲的交流電信號，并分析出準(zhǔn)確的交流電的相位、 頻率和幅值；
[0024] (4)本發(fā)明實用有效、計算量小，在0.2s內(nèi)即計算出交流電的頻率、相位和幅值， 并且實現(xiàn)交流電的實時重構(gòu)。
【附圖說明】
[0025] 圖1是按照本發(fā)明實現(xiàn)的針對三相交流電鎖相環(huán)原理框圖；
[0026] 圖2是按照本發(fā)明實現(xiàn)的針對單相交流電鎖相環(huán)原理框圖；
[0027] 圖3是按照本發(fā)明實現(xiàn)的交流電跟蹤重構(gòu)方法流程圖；
[0028] 圖4是發(fā)電機實際控制繞組三相電流的觀測圖；
[0029] 圖5是按照本發(fā)明實現(xiàn)的三相鎖相環(huán)計算得出的相位和頻率的觀測圖；
[0030] 圖6是按照本發(fā)明的方法重構(gòu)的B相電流與實際濾波后的三相電流的觀測圖。
【具體實施方式】
[0031] 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)合附圖及實施例，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僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0032] 將三相交流電壓用正弦函數(shù)表示，同理也可以用余弦函數(shù)分析求解。三相交流電 壓表達(dá)式如下所示：
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]va+vb+vc= 0 (4)
[0037]A、B、C分別表示三相交流電壓幅值，當(dāng)三相電壓幅值相等時，滿足A=B=C;當(dāng) 三相交流電壓不平衡，幅值不相等時。忽略電壓幅值恒為零情況，式（1)_(3)也可表示為：
[0038]
[0041]由（5)_(7)可得：[0042]
[0039]
[0040]
[0047] 其中0=心奸爐，為a相電壓實際相位角；#，嗇為a相電壓算法跟蹤相位角和角 頻率。當(dāng)未知三相交流電的相序時，可使用正序鎖相環(huán)算法。如果計算出來的角頻率為負(fù)， 則三相交流電為負(fù)序；如果計算出來的角頻率為正，則三相交流電為正序。
[0048]