[发明专利]检测电力系统中电压信号或电流信号频率和相位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测电力系统中电压信号或电流信号频率和相位的方法，属于电力信号检测技术领域。

背景技术

获取周期信号的相位和频率在电气工程中具有非常重要的实际应用价值。

在电气工程中，电力系统关键节点和断面上电压频率和相互之间的相位差控制在一定范围之内，是保证电网正常运行的必要条件。在电力系统发生静态、动态失稳的过程中，关键节点的相位变化是分析其失稳过程发展和失稳机理的重要信息。这就要求，无论电力系统运行于稳定状态还是处于动态调整过程，都能够准确、快速地获得系统的频率和相位。此外，准确、快速地获得系统电压的频率和相位对于改善配电网的供电质量也有重要应用价值。在配电网中，存在无功、谐波、负序、闪变和电压跌落等众多电能质量问题。大功率电力电子装置是改善这些问题的最佳手段，诸如静止无功发生器(STATCOM)、电力有源滤波器(APF)、不间断电源(UPS)、动态电压恢复器(DVR)等等。它们要完成改善电能质量的任务，必须实现其补偿电压/电流与系统电压/电流同步的问题。在电力系统因远方短路等故障导致系统电压和相位突变时，同步问题尤为重要。此时正确的同步不仅是改善电能质量的基础，更是控制补偿装置不过流、过压，使其安全可靠运行的重要保证。风力发电、太阳能发电等新能源往往是通过分布式发电、微型电网的形式与电力系统相连的，这时，也需要维持这些小系统与电力系统接入点频率和相位上的同步。

现在常用的电压信号或电流信号相位检测方法包括：过零检测、反三角函数计算和锁相环。过零检测是把电压信号或电流信号的正向过零时刻作为电压信号或电流信号相位的零点，之后，根据系统的额定频率计算电压信号或电流信号的相位，直到电压信号或电流信号的下一个正向过零时刻。该方法在两个过零点之间无法获得准确的相位信息，系统频率发生偏移时会产生检测误差，而且极易受到谐波和噪声的干扰，导致检测错误。反三角函数计算是指利用反三角函数，直接计算正弦信号的相位。该方法同样容易遭受谐波和噪声的干扰，产生较大的检测误差。锁相环是通过闭环控制，通过计算电压信号或电流信号的检测值与实际值的误差，时时修正检测值，以得到准确的检测值。该方法的响应速度比较慢，而且谐波和噪声依然会导致输出误差。由于现在已有的这些检测方法存在上述缺点，使得在实际应用中，不能准确、迅速地检测电力系统的相位，不利于电力系统的控制和稳定；会影响静止无功发生器、电力有源滤波器、不间断电源、动态电压恢复器等正常工作，甚至会导致它们过流、过压，严重时会损坏这些设备；不利于分布式发电或微型电网的功率和频率控制。

发明内容

本发明目的是提出一种检测电力系统中电压信号或电流信号频率和相位的方法，克服已有技术的缺点，以避免谐波和噪声的干扰，快速准确地检测电力系统电压信号或电流信号的频率和相位。

本发明提出的检测电力系统中电压信号或电流信号频率和相位的方法，包括以下各步骤：

(1)利用传感器采集电力系统的电压信号或电流信号：若电力系统为三相系统，采集的信号记为v_a、v_b、v_c，利用克拉克变换将v_a、v_b、v_c变换为两路信号v_α、v_β；若电力系统为单相系统，采集的信号记为v_in，并将v_in作为信号v_α，利用希尔伯特变换得到信号v_β；

(2)设派克变换所需相位的初始值为0，对上述两路信号v_α、v_β进行派克变换得到信号v_d1、v_q1；