[发明专利]电网电压同步信号提取装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及电信号检测技术领域，尤其涉及一种电网电压同步信号提取装置及方法。

背景技术

对三相并网变流器控制最重要的一步是提取电网电压的同步信号，即基波电压的幅值、相位和基波频率。由于电网电压不对称是一种普遍的现象，其对三相并网变流器的运行造成较大的影响；因此，为了满足三相并网变流器不对称控制策略的需要，对同步信号的提取也提出了更高的要求，这些要求包括：在电网电压不对称的情况下快速准确地提取同步信号，具有频率自适应性和实施的简便性。

目前，在三相系统的同步信号提取装置中，基于d-q坐标轴系变换的SRF-PLL(Phase Locked Loop Based On Synchronization Reference Frame，同步参考坐标系锁相环)结构具有良好的动态响应速度，在电网电压对称的理想工况下能够较好地检测出基波正序分量。但在电网电压不对称的非理想工况下，使用SRF-PLL结构时，负序分量会在d-q轴分量中产生100Hz的2倍工频波动，这不仅对正序分量的幅值提取产生影响，还会对相位检测造成误差。为了解决这个问题，可以通过降低SRF-PLL反馈环路滤波器带宽的方法来抑制2倍工频波动分量的影响，但这样会降低动态响应速度。还可以通过加入特定频率的陷波器来消除电网电压不对称时d-q轴分量中的2倍工频波动量。但在频率变化时陷波器的滤波效果会受到影响，并且该方案不能检测出基波负序分量的幅值和相位。

另外，为了解决电网电压不对称对同步信号提取的影响，许多文献提出了不同的解决方案。

例如：EKF(Extended Kalman filter，扩展卡尔曼滤波器)的结构可实现基波正负序分离，消除电网电压不对称的影响，但EKF庞大的计算量限制了其应用。

例如：DDSRF-PLL(decouple double SRF-PLL，解耦双同步参考坐标系锁相环)的结构，将不对称电网电压经过双d-q变换，在正负序两个同步参考坐标系下通过正负序解耦网络实现了基波正负序分量的分离。该结构虽然可以有效地抑制负序分量对同步信号提取的影响，但结构比较复杂，计算量大，为了保证系统稳定性，也需降低系统带宽。

例如：DSC(delayed signal cancellation，延时信号抵消)的结构是利用电网电压α-β静止坐标系分量的四分之一周期延时信号抵消电压负序分量造成的2倍工频波动分量。但该结构在频率变化的条件下仅通过数据缓存不可能实现精确延时。

例如：DSOGI-FLL(dual second-order generalized integrator frequency-locked loop，双二阶广义积分器锁频环)的结构是利用非线性单元SOGI提取电网电压α-β坐标系下的基波分量及其90°移相信号，再通过瞬时对称分量运算分离出基波正负序分量。该结构可以有效地滤除电网电压不对称对同步信号提取的影响，但是瞬时对称分量运算增加了系统的运算量和系统结构的复杂性。

因此，现有的电网电压同步信号提取装置不能在电网电压不对称的情况下同时满足同步信号提取对快速性、准确性、频率自适应性以及简便性的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电网电压同步信号提取装置及方法。可以在电网电压不对称的情况下同时满足同步信号提取对快速性、准确性、频率自适应性以及简便性的要求。

本发明提供的一种电网电压同步信号提取装置，包括：α-β静止坐标系变换电路T_αβ，d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，自适应陷波器ANF单元，负序分量提取单元，减法器I，减法器II，PI调节器，积分器I，比例运算器I和比例运算器II；

其中，所述α-β静止坐标系变换电路T_αβ，将电网电压的采样信号u_a、u_b和u_c变换到α-β静止坐标系中，得到电网电压的α轴分量u_α和β轴分量u_β;

所述d-q同步旋转坐标系变换电路T_dq，将所述u_α和u_β变换到d-q同步旋转坐标系中，得到电网电压的d轴分量u_d和q轴分量u_q;

所述ANF单元，提取所述u_q的基波分量u_f和90°移相信号S_90°u_f；