一种适用于变频供电系统的交流电气量正负序分量提取方法

技术领域

本发明属于飞机供电系统控制领域，涉及一种适用于变频供电系统的交流电压、电流正负序分量提取方法。

背景技术

基于变频交流发电机和三相电压源整流器(VSC)的高压直流电源在飞机上具有广阔的应用前景。实际中，VSC的三相交流输入电压会出现不平衡的运行工况。这种情况下，需要分别对电流的正序和负序分量进行控制，否则，会造成交流电流畸变，并产生直流电压纹波，影响系统和用电设备的正常运行。因此，电压、电流正、负序分量分解是VSC工程应用的必要环节。

交流电压不平衡条件下，VSC的控制通常在d-q同步坐标系中实现，需要实时获取电压和电流d-q轴向的正、负序分量。当前，主要采用的序分量分解方法包括二次谐波滤除法、1/4周期延时法、参数辨识法等。

二次谐波滤除法应用同步旋转坐标变换和陷波器获取电压或电流的正、负序分量。1/4周期延时法利用电压或电流信号与其正、负序分量之间的矢量关系进行序分量提取。这两种方法在恒频交流电源系统中运行效果良好，然而，它们都对频率敏感，无法适应变频交流的应用场合。参数辨识法需要在线实时辨识每相电压的幅值和相位参数，算法复杂，不易实现。公开号为CN104764922B的专利“一种不平衡条件下的三相电网电压正序分量提取方法”，能够在三相静止坐标系中提取三相电压正序分量，但无法同时获取负序分量。公开号为CN103117544B的专利“一种电网电压或电流正序分量及负序分量分离方法及装置”，通过延时和相位旋转在两相静止坐标系中提取电压、电流的正负序分量，然而，该方法的原理复杂，而且其对频率变化的适应性不佳。

发明内容

电压和电流正、负序分量的提取是VSC控制系统的必要环节，针对现有技术存在的问题，本发明提出一种适用于变频供电系统的交流电气量正负序分量提取方法，能够满足变频交流应用场合的要求，同时简化正、负序分量提取算法。

本发明的技术方案为：

对于变频交流供电系统的交流电气量，包括电压和电流信号，采用以下正、负序分量提取方法：

1、对三相静止(a-b-c)坐标系中的交流电气量进行等时间间隔采样，得到三相交流电气量的采样值x

2、设计频率自适应的数字式陷波器，其特征频率为2倍的输入信号基波频率，并能够随着交流电气量输入信号的频率实时改变；其中可以通过根据输入信号基波频率改变数字式滤波器分子和分母多项式的系数实现特征频率的实时改变；

3、对得到的正序d-q轴分量x

4、对正序分量原始信号x

有益效果

与现有的序分量提取方法相比，本发明能够适应三相电压或电流信号频率快速、大范围变化的情况，而且该方法的原理和实现简单，既可应用于变频交流供电系统也可应用于恒频交流供电系统。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是提出的一种适用于变频交流供电系统的自适应电压、电流正负序分量提取方法的原理框图。

图2是输入信号基波频率以400Hz/s的速率从400Hz上升到436Hz条件下的序分量提取结果。图中，vdP、vqP、vdN、vqN分别为正序、负序电压的d轴和q轴分量，vdP_ref、vqP_ref、vdN_ref、vqN_ref分别是其参考，下同。初始时三相电压平衡，幅值均为1个单位；在0.03s时刻，B相电压幅值阶跃变化至0.5个单位，并在0.08s时刻再次阶跃变化为1个单位；A相和C相电压幅值始终保持为1个单位。

图3是输入信号基波频率以400Hz/s的速率从560Hz上升到596Hz条件下的序分量提取结果。初始时三相电压平衡，幅值均为1个单位；在0.03s时刻，C相电压幅值阶跃变化至0.5个单位，并在0.08s时刻再次阶跃变化为1个单位；A相和B相电压幅值始终保持为1个单位。

图4是输入信号基波频率以-400Hz/s的速率从800Hz下降到764Hz条件下的序分量提取结果。初始时三相电压平衡，幅值均为1个单位；在0.03s时刻，B相电压幅值阶跃变化至0.5个单位，并在0.08s时刻再次阶跃变化为1个单位；A相和C相电压幅值始终保持为1个单位。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例以变频交流供电系统的三相电压为例，对提出的频率自适应正、负序分量提取方法进行描述。

1、设三相电压信号采样值分别为v

其中，θ表示正序q轴与a轴之间的夹角。

2、设计频率自适应数字式陷波器，其特征频率为输入信号基波频率的2倍。该陷波器z域的表达式如式(3)所示。

其中，分子和分母多项式的系数分别为：

其中，T

3、对得到的正序d-q轴分量v

v

v

v

v

4、对正、负序分量原始信号v

其中，v

其中，ceil(x)表示不小于x的最小整数，f表示当前输入信号的基波频率，通过锁相环实时获得。

图2给出了输入信号基波频率以400Hz/s的速率从400Hz上升到436Hz条件下的序分量提取结果，图中，vdP、vqP、vdN、vqN分别为正序、负序电压的d轴和q轴分量，vdP_ref、vqP_ref、vdN_ref、vqN_ref分别是其参考，初始时三相电压平衡，幅值均为1个单位；在0.03s时刻，B相电压幅值阶跃变化至0.5个单位，并在0.08s时刻再次阶跃变化为1个单位；A相和C相电压幅值始终保持为1个单位。

图3给出了输入信号基波频率以400Hz/s的速率从560Hz上升到596Hz条件下的序分量提取结果。初始时三相电压平衡，幅值均为1个单位；在0.03s时刻，C相电压幅值阶跃变化至0.5个单位，并在0.08s时刻再次阶跃变化为1个单位；A相和B相电压幅值始终保持为1个单位。

图4给出了输入信号基波频率以-400Hz/s的速率从800Hz下降到764Hz条件下的序分量提取结果。初始时三相电压平衡，幅值均为1个单位；在0.03s时刻，B相电压幅值阶跃变化至0.5个单位，并在0.08s时刻再次阶跃变化为1个单位；A相和C相电压幅值始终保持为1个单位。

结果表明，与现有的序分量提取方法相比，本发明能够适应三相电压或电流信号频率快速、大范围变化的情况，而且该方法的原理和实现简单，既可应用于变频交流供电系统也可应用于恒频交流供电系统。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。