[发明专利]一种基于Kalman滤波算法的电网信息观测系统和方法

说明书

一种基于Kalman滤波算法的电网信息观测方法，包括（1）建立电网系统状态空间模型；（2）对kalman滤波算法中状态变量赋予初值；（3）kalman滤波算法中电网同步信息预测环节；（4）kalman滤波算法中电网同步信息矫正环节；（5）kalman滤波器输出电网电压基波及各次谐波的正交量，将其与输入信号对比后作为三相锁频环的输入量；三相锁频环利用输入的误差项锁定基波频率并输出基波频率反馈至kalman滤波器，然后返回进行下一时刻的信息观测。一种电网信息观测系统包括采样模块、MCU、kalman滤波器和锁频环。通过采集电网信息，将采样信息输入MCU，在MCU中编程实现kalman滤波算法和锁频环算法，锁频环输出即为频率的实时值，kalman滤波器输出即为各次谐波信息，输出最后用DA模块显示。

技术领域

本发明涉及一种基于Kalman滤波算法的电网信息观测系统和方法，属电网监测技术领域。

背景技术

近年来，越来越多的新能源发电机组接入电网，对电网的稳定性产生了较大的影响，当分布式发电装置通过并网逆变器接入电网的同时，往往伴随着一系列问题，如电压失衡、电压谐波、频率和幅值变化等，对并网逆变器的控制提出了更高的要求。在电网故障情况下需要并网机组具备一定的故障穿越能力，保证系统可靠运行，因此需要提高并网逆变器的控制性能，即需要对故障电网条件下电压频率、正负序及谐波分量进行快速精确检测。高精度的电网同步是正确控制并网逆变器和分布式发电系统的关键要求，没有精确的电网同步，甚至会对大电网产生负面冲击。

但是，目前分布式电源要想大规模地并入电网需要解决两大难题：一是由于分布式电源具有间歇性、波动性和随机性等特点，因此分布式发电难以满足充裕性要求；二是电网是动态系统，在各种扰动甚至故障情况下分布式电源并网系统应能够保持不间断运行能力，即具备故障穿越能力。以往的电网准则要求当分布式发电系统出现故障时，分布式发电系统会被迫立即切出电网独立运行，这种并网准则仅适用于小容量的发电系统，当光伏并网规模增大时，冒然切出电网会使得电网产生大范围的功率波动，甚至可能导致电网电压崩溃，造成大范围的严重停电事故。为了提高分布式电源并入电网的运行可靠性，新的并网准则要求电网出现短时故障时分布式电源并网系统必须保持不间断运行，且具备低压穿越能力，而电网正负序分量的快速分离提取为其首先要解决的问题，因此，快速而精确的正负序提取方法对解决以上工程问题具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，为了能够在电网电压幅值、频率发生变化时准确跟踪其变化过程，并准确、快速分解电压信号，输出基波、直流分量及各次谐波的幅值、相角和正负序信息；提出一种基于Kalman滤波算法的电网信息观测系统和方法。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于Kalman滤波算法的电网信息观测方法，通过电网信息观测系统在分布式电源并网点采集三相电压信号测量值；建立电网系统状态空间模型，对三相电压信号经坐标变换；对kalman滤波算法中状态变量赋予初值；将两相信号输入kalman滤波器进行计算、分离；对电网同步信息进行预测和校正；在预测环节，根据系统模型，由电网系统之前的状态估计得到电网系统当前的状态估计；在校正环节，通过实测数据，根据协方差矩阵对当前状态估计修正，得到更加精确的当前状态值；卡尔曼滤波器将其输出值输入给三相锁频环，由三相锁频环提取基波频率，并反馈给Kalman滤波器；进行下一时刻电压的信息观测。

所述方法包括以下步骤：

(1)建立电网系统状态空间模型；

上式分别表示了系统状态空间方程和量测方程；其中，A是系统转移矩阵，C是量测矩阵，ω是系统噪声，v是量测噪声；

(2)对kalman滤波算法中状态变量赋予初值；

(3)kalman滤波算法中电网同步信息预测环节；

(4)kalman滤波算法中电网同步信息矫正环节；