一种谐波检测环节的改进锁频方法技术

一种谐波检测环节的改进锁频方法。通过复数滤波器的正负序滤波器将电压正负序分离，将经过复数滤波器得到的正负序分量，作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响，以完善锁频环性能。改进二阶广义积分器中加入了直流量消除结构，提高了整个新型锁频环的频率自适应和直流分量抑制能力，大大提高了锁频环的适用性。在电网电压不对称，有谐波及直流分量时仍然可以拥有较好的锁频性能。本发明专利技术解决了目前基于复数滤波器的锁相环及基于传统二阶广义积分器的锁相环在电网电压畸变工况下检测精度不够好的问题，提供了一种迅速实现电压正负序分离、抗直流分量影响、稳定可靠的新型锁频环。

【技术实现步骤摘要】
一种谐波检测环节的改进锁频方法
本专利技术涉及一种谐波检测环节的改进锁频方法，具体是一种抑制电网谐波及直流分量对锁频效果影响的锁频环。
技术介绍
在电力系统中出现的大量无功及谐波分量会严重影响电能质量，使得电网损耗增加，还会影响用电设备的安全稳定运行，缩短设备使用寿命，严重情况还会导致电网无法运行。因此谐波治理工作已经刻不容缓。有源滤波器(ActivePowerFilter，APF)是谐波整治的研究热点，在西方发达国家已经得到了广泛应用，提高APF系统的效率也是提高电能质量，减少能耗的重要途径。其中谐波检测是APF的重要环节，检测精度的准确是保证有源滤波器功能高效实现的前提。当前有许多谐波检测方法，包括瞬时无功功率法、FBD功率理论法和快速傅里叶变换法等，其中瞬时无功功率法和FBD功率理论法均涉及到锁相环和低通滤波器的使用。在能精确获得电网电压相位信息的情况下，瞬时无功功率谐波检测法和FBD功率理论谐波检测法可以快速准确检测出电网谐波。但传统的锁相环仅能在电网电压平衡无畸变的工况下精准锁相，因此导致这两种谐波检测法适应性差，难以满足现代电力系统的需求。当前亟需一种恶劣电网状态下也能检测精确的锁频环，以满足现代电力系统的要求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种谐波检测环节的改进锁频方法，解决了目前基于复数滤波器的锁相环及基于传统二阶广义积分器的锁相环在电网电压畸变工况下检测精度不够好的问题。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种谐波检测环节的改进锁频方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：通过复数滤波器的正负序滤波器将电压正负序分离；步骤2：将经过复数滤波器得到的正负序分量，作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响；步骤3：在改进二阶广义积分器锁频环中通过新增一条低通滤波通道，与β轴量作差，消除直流量对输出频率的影响。设计正序滤波器使得基波正序分量在ω0时幅频特性为1，相频特性为0，且负序分量在-ω0时幅频特性为0。则该滤波器传递函数可为：其中D(s)、N(s)为滤波器多项式。为了便于设计，使D(s)＝1、N(s)＝δω0。则此时其传递函数为：ω0处幅频特性为1，相频特性为0，可完整提取正序分量。可在-ω0时负序分量幅值为相移为arctan(2ωc/ω0)，使得正序滤波器中含有负序分量。同理，负序滤波器按此设计也含有正序分量。可知经过正负序滤波器后电压存在耦合。利用交叉解耦方式，可实现正序与负序的解耦，传递函数为：其中ωc＝δω0；传递函数H1(s)，正序分量在ω0处幅频特性为1，相频特性为0，负序分量在-ω0处幅频特性为0；传递函数H2(s)，负序分量在-ω0处幅频特性为1，相频特性为0，正序分量在ω0处幅频特性为0。将经过复数滤波器得到的正负序分量作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响，以完善锁频环性能。改进后的二阶广义积分器锁频环特征传递函数为：经过改进后的二阶广义积分器锁频环得到频率：对于含直流分量输入，稳态时，则有：本专利技术的有益效果是：本专利技术利用复数滤波器对电网电压迅速实现正负序分离，输出作为二阶广义积分器的输入，二次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响，完善锁频环性能。改善二阶广义积分器环节，消除直流分量对其锁频效果的影响。本锁相环不受运行工况影响，鲁棒性强，即使是电网不对称含有谐波及直流分量的情况下也可以精确测量电网的频率参数。附图说明下面根据附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的解耦复数滤波器结构图；图2是本专利技术的二阶广义积分器锁频环原理框图；图3是本专利技术的二阶广义积分器锁频环增益标准化线性模型；图4是本专利技术的改进二阶广义积分器锁频环原理框图；图5是本专利技术复数滤波器与改进二阶广义积分器结合的锁频环整体结构图；图6是本专利技术的复数滤波器锁频环、二阶广义积分器锁频环及复数滤波器与二阶广义积分器结合的锁频环性能图；图7是本专利技术中复数滤波器与二阶广义积分器结合的锁频环及复数滤波器与改进二阶广义积分器结合的锁频环性能图。具体实施方式如图1到图7所示的一种谐波检测环节的改进锁频方法，其特征在于，包括步骤：步骤1：通过复数滤波器的正负序滤波器将电压正负序分离；步骤2：将经过复数滤波器得到的正负序分量，作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响；步骤3：在改进二阶广义积分器锁频环中通过新增一条低通滤波通道，与β轴量作差，消除直流量对输出频率的影响。设计一种正序滤波器使得基波正序分量在ω0时幅频特性为1，相频特性为0，且负序分量在-ω0时幅频特性为0。则该滤波器传递函数可为：式(1)中D(s)、N(s)为滤波器多项式。为了便于设计，使D(s)＝1、N(s)＝δω0。则此时其传递函数为：由式(2)可见，输入信号在ω0处幅频特性为1，相频特性为0，可完整提取正序分量。可在-ω0时负序分量幅值为相移为arctan(2ωc/ω0)，使得正序滤波器中含有负序分量。同理，负序滤波器按此设计也含有正序分量。可知经过正负序滤波器后电压存在耦合。利用交叉解耦方式，如附图1所示，可实现正序与负序的解耦，传递函数为：式(3)中ωc＝δω0；传递函数H1(s)，正序分量在ω0处幅频特性为1，相频特性为0，负序分量在-ω0处幅频特性为0；传递函数H2(s)，负序分量在-ω0处幅频特性为1，相频特性为0，正序分量在ω0处幅频特性为0。将经过复数滤波器得到的正负序分量作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响，以完善锁频环性能。传统二阶广义积分器锁频环(SOGI-FLL)如附图2所示，传递函数为：经过增益标准化理论，得到增益标准化线性模型如附图3所示。由附图2分析可知对于输入信号u＝Udc+Uinsin(ωt)(6)稳态时，则有下式：此时可见输入的直流分量会使得qu'有直流偏置，使锁频环获得的频率也有波动。因此设计一种改进二阶广义积分器锁频环，解决上述问题。改进后的二阶广义积分器锁频环如附图4所示，特征传递函数为：经过锁频环得到频率：对于式(6)的输入，稳态时，则有下式：将式(11)带入式(10)得到可见改进二阶广义积分器锁频环能消除直流分量对锁频效果的影响。复数滤波器与改进二阶广义积分器结合的锁频环(CFESOGI-FLL)整体结构图如附图5所示。实施例：搭建仿真模型，设置恶劣运行条件对上述谐波检测锁频环的性能进行仿真验证。在电网电压不对称的条件下加入3、5、7次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种谐波检测环节的改进锁频方法，其特征在于，包括步骤：/n步骤1：通过复数滤波器的正负序滤波器将电压正负序分离；/n步骤2：将经过复数滤波器得到的正负序分量，作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响；/n步骤3：在改进二阶广义积分器锁频环中通过新增一条低通滤波通道，与β轴量作差，消除直流量对输出频率的影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种谐波检测环节的改进锁频方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1：通过复数滤波器的正负序滤波器将电压正负序分离；
步骤2：将经过复数滤波器得到的正负序分量，作为改进二阶广义积分器的输入，再次分离，降低谐波、负序和直流分量的影响；
步骤3：在改进二阶广义积分器锁频环中通过新增一条低通滤波通道，与β轴量作差，消除直流量对输出频率的影响。


2.根据权利要求1所述的一种谐波检测环节的改进锁频方法，其特征在于：所述的步骤1中设置正序滤波器使得基波正序分量在ω0时幅频特性为1，相频特性为0，且负序分量在-...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓，程姚祥，傅琪雯，沈光辉，高捷，李昌易，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32