[发明专利]一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法

说明书

本发明属于电力电子领域，具体公开了一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法，包括：电网电压信号采集模块、同步旋转坐标变换模块、延时采样周期滤波模块、幅值与相位计算模块、同步旋转坐标逆变换模块。仅需要对不对称三相电压进行同步旋转坐标变换，然后利用延时采样周期滤波算法即可准确获得同步旋转坐标系下的直流分量，即正序分量。延时采样周期滤波模块通过对同步旋转坐标系上的电压分量采取延时两个采样周期来快速分离正序和负序电压分量。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种快速准确提取旋转坐标系下二倍频交流分量的实用方法，适用于电网不平衡工况。

背景技术

电网电压出现不平衡故障，会对并网逆变器系统的稳定运行造成很大的影响。快速准确地获取电网电压正序分量是并网电力电子系统正常运行、实现高性能控制、相位检测、频率检测等的关键问题。在三相不平衡电网电压条件下，快速准确地获取电压、电流的正序分量是保证并网逆变器正常运行的基本要求。三相不平衡电压在旋转坐标系上表现为直流分量与二倍频交流分量。通常需要设计滤波器算法以滤除该二倍频交流分量，来提取直流分量(对应静止坐标系下的正序分量)。现有的交流分量抑制方法多以使用低通滤波器为主，但实际应用中很难在动态响应速度和交流衰减能力之间做出理想的折中方案。延迟信号消除法可以有效地解决同步旋转坐标系下的二倍频波动问题，但该算法需要延时1/4个工频周期，增加了响应时间。滑动平均滤波方法滤除低频分量时同样存在响应速度缓慢的问题。

发明内容

本发明针对现有不平衡工况下电压正序分量的提取速度缓慢的缺点，提供了一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法，仅需要对不对称三相电压进行同步旋转坐标变换，然后利用延时采样周期滤波算法即可准确获得同步旋转坐标系下的直流分量，即正序分量。延时采样周期滤波算法通过对同步旋转坐标系上的电压分量采取延时两个采样周期来快速分离正序和负序电压分量。

本发明无需实时更新电网频率信息，即可迅速滤除不平衡电网电压的二倍频交流分量，且计算精度能够满足工程应用的要求，是一种简单有效的实用算法，且具有良好的应用价值。本发明公开的技术具有响应速度快、计算精度高、实现过程简单等优点，可在不平衡电网的环境下实现高性能的信号检测与电力设备控制。本发明所述一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法，包括：电网电压信号采集模块、同步旋转坐标变换模块、延时采样周期滤波模块、幅值与相位计算模块、同步旋转坐标逆变换模块。

所述的电网电压信号采集模块，用于采集电网电压的三相不平衡电压信号，得到包含正序与负序分量的三相电网电压信号。

所述的同步旋转坐标变换模块，用于将包含正、负序分量的三相电网电压信号进行同步旋转坐标变换，得到两相旋转坐标系下的电压分量。

所述的延时采样周期滤波模块，用于对同步旋转坐标系下的电压分量分别采取延时一个和两个采样周期来快速提取直流分量与二倍频交流分量，即电网电压的正序与负序电压分量。

所述的二倍频交流分量提取方法和幅值与相位计算模块结合，将两相旋转坐标系下的直流分量和二倍频交流分量电压信号，分别计算电网电压的实时幅值与相位。所述的同步旋转坐标逆变换模块，用于将两相旋转坐标系下的直流分量以及二倍频交流分量电压信号变换为三相电网电压正、负序分量信号。

本发明所述一种旋转坐标系下二倍频交流分量的提取方法，包括以下步骤：

(1)不平衡三相电网电压信号由正序分量与负序分量组成，所述三相电压可通过如下公式表示：

U＝U⁺+U^-

其中，正序与负序电压分量的表达式为：