一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法技术

本发明专利技术公开了一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法。步骤1：将采样后的并网点电压通过级联延迟信号消除算法进行幅值单位化处理，滤除掉谐波以及直流分量的扰动；步骤2：将单位幅值的电压信号通过锁频算法计算出电网频率；步骤3：将电网频率乘2π得到角频率，并对角频率的积分进行正弦函数运算，进而将得到的信号作为在不平衡电网下跟踪每相电压相位角的参考信号；步骤4：计算每一相电压的能量以及每一相电压和参考信号之间的能量交叉积，计算出每一相电压的相位角，将其与电网角频率的积分加和，为每一相创建同步信号。本发明专利技术在含有谐波和直流偏置的不平衡电网下，仍然能够快速、准确且简便地得到电网的频率与相位信息。率与相位信息。率与相位信息。

【技术实现步骤摘要】
一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法


[0001]本专利技术属于光伏并网逆变器控制
；具体涉及一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法。

技术介绍

[0002]在电网实际运行过程中，大量分布式电源的接入、三相负载不平衡、单相负荷容量的大幅度变化或电网中的不对称故障都会导致电网电压不平衡或产生失真。在这种情况下，并网逆变器必须具备足够的能力以保持与电网可靠同步，否则会对大电网电能质量带来影响和冲击、加剧电网的失真。因此，同步控制算法在并网逆变器的控制中至关重要，当逆变器连接到电网时，同步控制必须实时准确地计算电网电压的频率和相角，保证逆变器与电网同步过程中并网发电系统控制回路的准确性和稳定性。
[0003]目前在不平衡和失真电网环境下的同步控制方法中，存在的第一个问题是部分方法通过减少控制回路的带宽来改善同步性能，此时的动态恢复时间将大大延长。第二个问题是部分方法需要对不平衡电压信号以及含有谐波的信号进行重塑，过程繁琐，不易实现。第三个问题是有些锁频方法实现过程中需要调节滤波器参数，实现过程复杂，并且此类方法和电压相位有关，在相位不平衡时对锁频准确性影响很大。第四个问题绝大多数同步方法均针对幅值不平衡的问题，在相位不平衡时进行分析与控制的较少。但是在相位不平衡时，仍能保持逆变器与电网同步具有十分重要的意义。因此，在电网幅值和相位不平衡条件下(包括谐波失真和直流偏置)，如何设计出能够对电网的频率和相位进行快速、准确锁定且实现过程简便的同步方法具有重要的现实意义。
专利技术内容
[0004]本专利技术为了在含有谐波和直流偏置的不平衡电网下，仍然能够快速、准确且简便地得到电网的频率与相位信息，提出了一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法。
[0005]本专利技术通过以下技术方案实现：
[0006]一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法，所述三相逆变器同步控制方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：将采样后的并网点电压通过级联延迟信号消除算法进行幅值单位化处理，滤除掉谐波以及直流分量的扰动，同时消除不平衡电网下电压幅值不平衡对同步控制的不利影响；
[0008]步骤2：将步骤1得到的单位幅值的电压信号通过基于能量算子的锁频算法计算出电网频率；
[0009]步骤3：将步骤2得到的电网频率乘以2π得到角频率，并对角频率的积分进行正弦函数运算，进而将得到的信号作为在不平衡电网下跟踪每相电压相位角的参考信号；
[0010]步骤4：计算每一相电压的能量以及每一相电压和参考信号之间的能量交叉积，进
而计算出每一相电压的相位角，然后将其与电网角频率的积分加和，为每一相创建同步信号。
[0011]进一步的，所述步骤1具体包括以下步骤：
[0012]步骤1.1：级联延迟信号消除算法的整体幅度响应是所有组成延迟信号消除算子的幅度响应的乘积，将所有使用的延迟信号消除算符都配置为在基波处具有单位增益，而在每个谐波处具有交错的零增益，构造级联延迟信号消除算子来消除电网中的谐波和直流偏置；
[0013]步骤1.2：对每一相电压的幅值单位化是分别进行的且对三相电压分别进行了三个相同的操作利用级联延迟信号消除算法输出的正交电压，来得到每一相基频电压的幅值，进而利用该幅值将各相电压进行单位化，获得幅值平衡的三相电压；
[0014]步骤1.3：将并网点的三相电压以10kHz的采样频率进行采样，进而将并网点电压样本通过级联延迟信号消除算法进行幅值单位化处理，滤除掉谐波以及直流分量的扰动，同时消除不平衡电网下电压幅值不平衡对同步控制的不利影响。
[0015]进一步的，所述步骤1.2中的幅值单位化处理具体为，
[0016]采样数为n、采样时间间隔为T
s
的三相电网电压表示为：
[0017][0018]其中，A
a
、A
b
和A
c
分别是三相基波电压的幅值；ω＝2πf是基波角频率，f是电网基波频率；电压v
a
、v
b
和v
c
的瞬时相位分别为φ
a
＝ωnT
s
，φ
b
＝ωnT
s-2π/3-Δθ
b
和φ
c
＝ωnT
s
+2π/3+Δθ
c
，T
s
是采样周期；dc offset是电网电压直流偏置，harmonics是电网电压谐波；Δθ
b
是B相电压的相位偏移角度，Δθ
c
是C相电压的相位偏移角度。
[0019]由式(1)得级联延迟信号消除算法输出的三相正交电压分别为：
[0020][0021]其中，q是正交比例系数，v
a*
是A相正弦电压分量，v
b*
是B相正弦电压分量，v
c*
是C相正弦电压分量。
[0022]因此，得到三相电压的基波电压幅值为：
[0023][0024]将电压幅值式(3)用于单位化每一相电压分量，即获得幅值平衡的三相电压，幅值平衡的三相电压表示为：
[0025][0026]其中，v
a'
是单位化后的A相电压，v
b'
是单位化后的B相电压，v
c'
是单位化后的C相电压。
[0027]进一步的，所述步骤2中基于能量算子的锁频算法仅使用幅值平衡的基频电压的3个连续采样点，即能计算得到电网的频率；在利用级联延迟信号消除算法得到单位化后的电网电压信号后，用v
x
(n)来代表幅值平衡的三相电压的信号样本，x表示a
′
相、b
′
相或c
′
相；
[0028]则此时能量算子表示为：
[0029][0030]其中，E代表能量算子运算函数，n、n+1、n-1分别表示第n、n+1、n-1次采样；实际的电网电压频率f(n)即可利用能量算子的概念计算得出：
[0031]f(n)＝f0+Δf(n)
ꢀꢀ
(6)
[0032]其中，f0是标准的基波频率，基波频率为50Hz；Δf是频率偏差，
[0033]其中C0＝cos(ω0T
s
)是常量；S0＝sin(ω0T
s
)是常量；ω0＝2πf0是基波角频率。
[0034]进一步的，所述步骤4中对于任意的两个信号v
x
和v
y
，它们的能量交叉积表示为：
[0035]E[v
xy
(n)]＝v
x
(n)v
y
(n)-v
x
(n+1)v
y
(n-1)
ꢀꢀ
(7-1)
[0036]E[v
yx
(n)]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法，其特征在于，所述三相逆变器同步控制方法包括如下步骤：步骤1：将采样后的并网点电压通过级联延迟信号消除算法进行幅值单位化处理，滤除掉谐波以及直流分量的扰动，同时消除不平衡电网下电压幅值不平衡对同步控制的不利影响；步骤2：将步骤1得到的单位幅值的电压信号通过基于能量算子的锁频算法计算出电网频率；步骤3：将步骤2得到的电网频率乘以2π得到角频率，并对角频率的积分进行正弦函数运算，进而将得到的信号作为在不平衡电网下跟踪每相电压相位角的参考信号；步骤4：计算每一相电压的能量以及每一相电压和参考信号之间的能量交叉积，进而计算出每一相电压的相位角，然后将其与电网角频率的积分加和，为每一相创建同步信号。2.根据权利要求1所述基于能量算子的三相逆变器同步控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1.1：级联延迟信号消除算法的整体幅度响应是所有组成延迟信号消除算子的幅度响应的乘积，将所有使用的延迟信号消除算符都配置为在基波处具有单位增益，而在每个谐波处具有交错的零增益，构造级联延迟信号消除算子来消除电网中的谐波和直流偏置；步骤1.2：对每一相电压的幅值单位化是分别进行的且对三相电压分别进行了三个相同的操作利用级联延迟信号消除算法输出的正交电压，来得到每一相基频电压的幅值，进而利用该幅值将各相电压进行单位化，获得幅值平衡的三相电压；步骤1.3：将并网点的三相电压以10kHz的采样频率进行采样，进而将并网点电压样本通过级联延迟信号消除算法进行幅值单位化处理，滤除掉谐波以及直流分量的扰动，同时消除不平衡电网下电压幅值不平衡对同步控制的不利影响。3.根据权利要求2所述基于能量算子的三相逆变器同步控制方法，其特征在于，所述步骤1.2中的幅值单位化处理具体为，采样数为n、采样时间间隔为T
s
的三相电网电压表示为：其中，A
a
、A
b
和A
c
分别是三相基波电压的幅值；ω＝2πf是基波角频率，f是电网基波频率；电压v
a
、v
b
和v
c
的瞬时相位分别为φ
a
＝ωnT
s
，φ
b
＝ωnT
s-2π/3-Δθ
b
和φ
c
＝ωnT
s
+2π/3+Δθ
c
，T
s
是采样周期；dc offset是电网电压直流偏置，harmonics是电网电压谐波；Δθ
b
是B相电压的相位偏移角度，Δθ
c
是C相电压的相位偏移角度。由式(1)得级联延迟信号消除算法输出的三相正交电压分别为：
其中，q是正交比例系数，v
a*
是A相正弦电压分量，v
b*
是B相正弦电压分量，v
c*
是C相正弦电压分量。因此，得到三相电压的基波电压幅值为：将电压幅值式(3)用于单位化每一相电压分量，即获得幅值平衡的三相电压，幅值平衡的三相电压表示为：其中，v
a'
是单位化后的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂花，王卫，诸嘉宁，周航，王文秀，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：