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一種具有頻率前饋補(bǔ)償?shù)娜嚯妷合辔绘i定方法與流程

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一種具有頻率前饋補(bǔ)償?shù)娜嚯妷合辔绘i定方法與流程

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(bǔ)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(dòng)而需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償,此時(shí)需要檢測(cè)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(guò)逆變后需要與大電網(wǎng)同步以實(shí)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(guò)零檢測(cè)方法判斷信號(hào)的相位,對(duì)于電壓諧波較大的情況容易產(chǎn)生誤判和調(diào)整時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。因此,本發(fā)明提出一種具有頻率前饋補(bǔ)償?shù)娜嚯妷合辔绘i定技術(shù)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

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

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種具有頻率前饋補(bǔ)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(hào)采集,采樣三相電壓信號(hào)ua(k)、ub(k)、uc(k),令采樣頻率為fs,其中k為采樣序號(hào);

3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,針對(duì)采樣獲得的數(shù)據(jù)ua(k)、ub(k)、uc(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uα(k)、uβ(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(duì)uα(k)、uβ(k),利用公式計(jì)算二相靜止坐標(biāo)系中q軸電壓分量uq(k);

5)設(shè)頻率檢測(cè)環(huán)節(jié)濾波器傳遞函數(shù)為其中r表示極點(diǎn)半徑,0≤r≤1,a為濾波器系數(shù),z為移位因子;令輸入信號(hào)uα(k)經(jīng)過(guò)濾波器H(z)后的輸出為eu(k),為了檢測(cè)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)-λeu(k)(ua(k-1)-reu(k-1)),其中λ為迭代步長(zhǎng),λ>0;此時(shí)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uq(k)經(jīng)過(guò)輸出濾波器后為uqf(k);

7)令系統(tǒng)誤差e(k)=0-uqf(k),PI控制器的離散表達(dá)式為其中kp、ki為控制器參數(shù),相位角經(jīng)過(guò)PI控制器調(diào)整后為Δw(k)=kpe(k)+(Δw(k-1)-kpe(k-1))+kie(k),其中Δw(k)為PI控制器k時(shí)刻輸出,Δw(k-1)為PI控制器k-1時(shí)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(shí)A相電壓相位為θ(k)=θ(k-1)+Ts(Δw(k)+w0(k)),其中Ts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(gè)時(shí)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(zhǎng)λ=10-9。

按上述方案,所述步驟7)中PI控制器參數(shù)為kp=-0.1674,ki=-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(dòng)態(tài)性能,非常適合于系統(tǒng)干擾較大的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明,附圖中:

圖1為本發(fā)明的原理圖;

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中三相電壓實(shí)測(cè)采樣曲線圖;

圖3為本發(fā)明實(shí)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(shí)施例中兩相靜止坐標(biāo)系中q軸分量uq(k)曲線圖;

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

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中系統(tǒng)的頻率跟蹤曲線圖;

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中A相電壓相位跟蹤效果圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)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(bǔ)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(hào)采集,采樣三相電壓信號(hào)ua(k)、ub(k)、uc(k),令采樣頻率為fs,其中k為采樣序號(hào);

3)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,針對(duì)采樣獲得的數(shù)據(jù)ua(k)、ub(k)、uc(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uα(k)、uβ(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(duì)uα(k)、uβ(k),利用公式計(jì)算二相靜止坐標(biāo)系中q軸電壓分量uq(k);

5)設(shè)頻率檢測(cè)環(huán)節(jié)濾波器傳遞函數(shù)為其中r表示極點(diǎn)半徑,0≤r≤1,a為濾波器系數(shù),z為移位因子;令輸入信號(hào)uα(k)經(jīng)過(guò)濾波器H(z)后的輸出為eu(k),為了檢測(cè)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)-λeu(k)(ua(k-1)-reu(k-1)),其中λ為迭代步長(zhǎng),λ>0;此時(shí)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uq(k)經(jīng)過(guò)輸出濾波器后為uqf(k);

7)令系統(tǒng)誤差e(k)=0-uqf(k),PI控制器的離散表達(dá)式為其中kp、ki為控制器參數(shù),相位角經(jīng)過(guò)PI控制器調(diào)整后為Δw(k)=kpe(k)+(Δw(k-1)-kpe(k-1))+kie(k),其中Δw(k)為PI控制器k時(shí)刻輸出,Δw(k-1)為PI控制器k-1時(shí)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(shí)A相電壓相位為θ(k)=θ(k-1)+Ts(Δw(k)+w0(k)),其中Ts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(gè)時(shí)刻的三相電壓相位。

具體實(shí)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(shí)時(shí)相位。設(shè)采樣頻率fs=10000Hz,采樣周期Ts=0.0001s,通過(guò)實(shí)際測(cè)量獲得ua(k)、ub(k)、uc(k)三相電壓曲線如附圖2所示,通過(guò)計(jì)算分析可知現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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)uα(k)、uβ(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uq(k)曲線如圖4所示,同樣uq(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(zhǎng)λ=10-9,則本發(fā)明提出的鎖相方法通過(guò)頻率檢測(cè)濾波器得到的系統(tǒng)頻率曲線如附圖5所示。

針對(duì)附圖4中q軸分量uq(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kp=-0.1674,ki=-0.2039,經(jīng)過(guò)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(jì)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(guò)3個(gè)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(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),可以根據(jù)上述說(shuō)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。

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