[发明专利]基于离散三相二阶广义积分器的锁频环及电网状态跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于离散三相二阶广义积分器的锁频环及电网状态跟踪方法，包括Clark变换器、平行旋转参考轴方向的两个离散二阶广义积分器前置滤波器、带归一化的离散锁频环系统、正、负序计算器、Clark逆变换器。本发明先通过离散三相二阶广义积分器锁频环在三相电压旋转参考系垂直的两个方向上进行离散化的前置滤波，得到两对正交的基波分量序列信号，通过离散的锁频环处理后得到频率的估计信号，再传递给前置滤波器形成闭环系统来进行频率的估计。本发明不仅更准确的跟踪三相电网的基波频率，并且能得到更准确的静止参考系下基波正序与负序的基波电压，从而观测电网是否存在故障或者不平衡，让储能对不同的状态情况的电网系统做出协调反应。

技术领域

本发明涉及一种电网实时频率估计方法，尤其涉及一种基于离散三相二阶广义积分器的锁频环及电网状态跟踪方法。

背景技术

随着碳中和战略的推进，在相当长一段时间内，提升新能源消纳仍是新疆电网的首要任务，又因为储能具有快速响应、功率调节和能量搬移的多重功能，作为全新的调节手段可突破或改善现有限制消纳的刚性约束。然而由于储能的直接输出大多都是直流电的形式，需要将直流电逆变成与电网实时频率的相同的交流电才能正常并网而不引入过多的电压波动。采用电力电子设备对直流电逆变的前提是需要得到逆变后交流电的频率，即电网的实时频率，而电网的实时频率是无法直接测量的。目前，估计电网频率的方式通常是采用连续状态的锁频环模型，而对于实际情况的测量，连续的锁频环模型在使用时会因为离散采样的原因而增大误差。另外，电网的实时电压也是电网状态的重要参量，通过跟踪观测电网实测电压，可以及时获知电压波动情况，但是无法获知电网是否存在故障或者不平衡的情况，因此无法给电网调控提供有效的参考。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于离散三相二阶广义积分器的锁频环及电网状态跟踪方法，能够提高三相电网频率以及电压基波正、负序分量跟踪的精度，并通过基波的正、负序分量来判断电网的实时情况，解决储能逆变过程中如何实时、准确跟踪三相电网状态的问题。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于离散三相二阶广义积分器的锁频环，包括Clark变换器、两个减法器、两个离散二阶广义积分器、带归一化的离散锁频环、正/负序计算器以及Clark逆变换器；所述Clark变换器用于将三相序列电压从静止参考系变换到旋转参考系下的αβ两相正交电压；所述两个离散二阶广义积分器作为αβ两相正交电压的前置滤波器，分别在平行旋转参考系参考轴的两个方向上得到两对相互正交的序列基波信号；所述减法器用于将旋转参考系下的αβ两相正交电压分别和其滤波后的序列基波信号相减，得到两组误差信号；所述带归一化的离散锁频环用于将αβ方向的误差信号分别与对应的其正交方向上的序列基波信号乘积后相加得到频率误差信号，并将频率误差信号归一化后经负增益系数的累加器得到估计频率，并将估计频率作为中心频率传递给所述两个离散二阶广义积分器，形成对频率信号的闭环估计；所述正/负序计算器用于计算序列基波信号的正、负序分量，再经所述Clark逆变换器得到三相电压基波的正、负序分量。

其中，所述离散二阶广义积分器的闭环状态空间表达式分别为：

其中对应的是二阶广义积分器所观测的第k时刻的两个正交序列基波信号，上角标k+1表示第k+1时刻，ω表示从外部传递来的估计频率，T_s为采样周期，k_op为开环增益系数，u^k表示第k时刻的状态空间输入序列信号。

所述正/负序计算器计算序列基波信号的正、负序分量，其表达式为：