一种谐波检测环节的改进锁频方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Active Power Filter，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。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明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。

本发明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ω

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)＝δω

ω

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ω

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，

本发明的有益效果是：本发明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发明进一步说明。

图1是本发明的解耦复数滤波器结构图；

图2是本发明的二阶广义积分器锁频环原理框图；

图3是本发明的二阶广义积分器锁频环增益标准化线性模型；

图4是本发明的改进二阶广义积分器锁频环原理框图；

图5是本发明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是本发明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是本发明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ω

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)＝δω

由式(2)可见，输入信号在ω

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ω

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＝U

稳态时，

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，

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次谐波及直流分量，图6是CF-PLL、SOGI-PLL及CFSOGI-FLL性能图，可见CF-PLL在恶劣电网情况下的性能较差，SOGI-PLL的性能较好可是频率波动仍较为明显，将两者结合起来得到CFSOGI-FLL波动明显减小，可是仍然存在优化空间。

图7是CFSOGI-FLL及本发明中CFESOGI-FLL性能图，可见采用改进后的二阶广义积分器可以使得抗直流分量能力提升，减小检测到的频率波动，完全可以在电网恶劣状况下精确测量电网的频率参数。