[发明专利]一种基于移动平均滤波器对电网相角检测的开环同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及电网同步技术领域，更具体地，涉及一种基于移动平 均滤波器对电网相角检测的开环同步方法。

背景技术

传统能源的消耗及其带来的环境问题时刻影响着人类的生存和发 展，并为未来人类发展敲响了警钟。目前，全世界已经开始积极解决 这一问题：积极开发和应用风能、太阳能、地热能、水能、潮汐能等 可再生能源。可再生能源由于其资源丰富和清洁无污染的特性，受到 了全世界的关注和重视。为提高可再生清洁能源的利用率，在实际应 用中需要将可再生能源发电系统与电力系统通过电力变换器进行并 网。电力变换器依赖电源电压与电网电压保持一致，然而要实现这一 点，首先必须检测得到电网电压的频率、相位、幅值，以此来控制电 力变换器，使可再生能源发电系统的电压与电网电压保持一致。

在目前的研究中，已提出多种同步技术，这些同步技术可以大致 分为两类：闭环同步技术(close-loop synchronization，CLS)与开环同 步技术(open-loop synchronization，OLS)。在现有技术中，基于锁相 环(phase-locked loop，PLL)算法的闭环同步技术的使用最为广泛。 锁相环具有简易、精确和快速的特点，因此得到了广泛而大量的应用。 锁相环是一个负反馈控制系统，形成闭环，使输出信号与输入信号的 电压幅值、相位、频率都保持一致，从而达到时刻监测电网电压的目 的。然而，锁相环的设计需要兼顾精度及响应速度，且为保证锁相环 结构稳定，稳定性的分析及参数的优化也是必须的。

锁相环为主的闭环同步技术的主要缺点为需要根据其传递函数分 析其稳定性，并需要选用适当的参数来同时满足抗干扰能力和响应速 度。锁相环结构的变换、滤波器的更改都可能造成传递函数的改变， 这使得参数的选用和稳定性的分析需要跟随其改动而重新进行，使复 杂程度大大增加。另一方面，开环同步技术最主要的缺陷是其频率依 赖特性，当电网频率变化，OLS技术的精度会降低。

发明内容

为克服现有的同步技术中，闭环同步技术稳定性不足，同时开环 同步技术对电网频率要求太高，检测精度不高的问题，提供一种基于 移动平均滤波器(moving average filter，以下简称MAF)对电网相角 检测的开环同步方法。

本发明提供的方法包括：

S1，获取电网的三相电压，对所述三相电压进行Clark变换和Park 变换得到第一电压信号和第二电压信号；

S2，使用移动平均滤波器滤除所述第一电压信号和第二电压信号 中的干扰量，获取第三电压信号和第四电压信号；

S3，根据所述第三电压信号和第四电压信号，对电网相角进行检 测。

其中，所述步骤S1中，对于单相电压，将其作为电压不平衡的三 相电压进行输入。

其中，所述步骤S1中，对所述三相电压进行Clark变换和Park 变换得到第一电压信号和第二电压信号具体为：

S11，将所述三相电压变换为基于αβ坐标轴的两相电压u_α和u_β；

S12，将所述基于αβ轴的两相电压u_α和u_β变换为基于旋转dq坐 标轴的两相电压u_d和u_q。

其中，步骤S2中所述使用移动平均滤波器滤除所述第一电压信号 和第二电压信号中的干扰量具体为：通过移动平均滤波器，对步骤S1 中获取的两相电压u_d和u_q中的频率跳变、幅值跳变、相角跳变、谐波、 噪声、直流量等干扰量进行滤除。

其中，步骤S2中所述使用移动平均滤波器滤除所述第一电压信号 和第二电压信号中的干扰量具体为：

根据公式计算出经过 滤波的电压信号；

其中：N＝f_s/f_w，f_s为采样频率；f_w＝1/T_w，T_w为移动平均滤 波器的窗口长度；v(k)为输入电压信号，为输出电压信号。

其中，所述移动平均滤波器为一个或多个移动平均滤波器串联组 成。

其中，步骤S3中所述根据所述第三电压信号和第四电压信号，对 电网相角进行检测具体为：

S31，对所述移动平均滤波器输出的第三电压信号和第四电压信号 进行归幅值归一化处理；

S32，根据幅值归一化处理后的电压信号对电网相角进行检测。