一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法
【專利摘要】本發明公布了一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，該方法包括：(1)設定相序判斷采樣基波周期數SAM_N，在每個基波周期，記錄線電壓US12、US23峰值的采樣位置數；(2)記錄周期數SAM_N結束后，計算兩采樣位置數的差，基于差值所屬范圍，對正序數POS_N和負序數NEG_N分別累加；(3)基于POS_N、NEG_N值，判斷進線電壓相序；(4)正序時，維持常規算法；負序時，互換兩線電壓采樣值并取負，將負序轉換為正序；(5)負序時，通過對換控制策略，正確計算補償目標值并生成調制波，實現電能質量治理裝置的正確補償治理。本發明自適應判斷進線電壓相序并自動調整控制策略，使電能質量治理裝置對進線接法和相序無要求，裝置適應性得以提升。
【專利說明】
一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法
技術領域
[0001] 本發明屬于低壓電網電能質量治理技術領域，具體涉及一種應用于電能質量治理 裝置的相序識別自適應方法。
【背景技術】
[0002] 隨電氣化程度越來越高，大中型電機及電力電子裝置的廣泛運用，這些用電設備 產生大量無功及諧波，影響電網使用效率和供電質量，對電網產生污染，電能質量治理裝置 (APF、SVG)有效治理電網污染，其運用越來越廣泛。
[0003] 在電能質量治理裝置并網之前，需要檢測電網三相電壓的相序，使該裝置在進線 電壓為正序下工作。然而，在大多數工業場合，由于多數用電設備對電壓相序無要求，現場 人員對電壓相序關注少，且三相電纜上無相序標示，為使電能質量治理裝置的正常工作，需 對電網三相電壓進行相序檢測判斷，該過程費人費時費檢測設備資源，從而開發一種適應 現場電網電壓相序的控制方法，是具有研究和應用價值的。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，在電能質量 治理裝置的并網進線電壓任何接法下，都能自動識別進線電壓相序，并自動調整控制策略， 使裝置正確治理電網存在的電能質量問題。
[0005] 為達到上述目的，本發明提供了一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應 方法，該方法包括以下步驟：
[0006] (1)采集電網線電壓US12、US23，每隔設定時間采樣一次，一個基波周期總的采樣次 數為T_N，并對US12、US23低通濾波，在每個基波周期內，記錄U S12_f、US23_f峰值的采樣位置 數；
[0007] (2)計算兩線電壓峰值采樣位置數之差，基于判斷差值范圍和判斷條件，對正序數 P0S_N、負序數NEG_N進行相應累加；
[0008] (3)在設定的采樣次數內，通過正序數P0S_N、負序數NEG_N累加值，判斷進線電壓 為正序還是負序；
[0009] (4)在負序情況下，對兩線電壓進行互換并取負，將兩負序線電壓轉換為正序線電 壓；
[0010] (5)在負序情況下，通過對換控制策略，正確計算補償目標值及調制波，確保電能 質量治理裝置的正常工作。
[0011] 所述的步驟（1)中，記錄線電壓US12、US23峰值的采樣位置數方法為：
[0012] 1)設US12、US23分別為電能質量治理裝置的并網進線線電壓，每隔設定時間SAM_T 采樣一次，在一個基波周期〇. 〇2s內采樣次數為T_N次，并對兩線電壓采樣值進行低通濾 波，分別得到基波線電壓Usl2_f、U S23_f ;
[0013] 2)以基波線電壓Usl2_f、US23_f任何時刻為起始點，設定相序判斷采樣基波周期數 SAM_N，總的采樣次數為SAM_N*T_N，以基波周期采樣次數T_N為峰值位置數記錄周期；
[0014] 3) SUsl2_fmax、US23_fmax為基波線電壓Usl2_f、U S23_f的峰值，在一個基波周期內， 分別記錄峰值Usl2_fmax、US23_fmax的采樣位置數，定義為P_U 12、P_U23，并在每個基波周期 后，清零 P_U12、P_U23。
[0015] 所述的步驟（2)中，計算峰值采樣位置數之差，判斷差值范圍，對正序數P0S_N、負 序數NEG_N累加：
[0016] 1)在每個基波周期采樣數T_N后，計算兩線電壓峰值采樣位置數之差P_SN，即P_ SN = P_U12-P_U23，設δ N為采樣次數誤差；
[0017] 2)若 P_SN e (-Τ_Ν/3- δ Ν，-Τ_Ν/3+ δ Ν)即 US12超前于 U S23,則初始值為 0 的正序 數P〇S_N累加1，若P_SN e (Τ_Ν/3- δ Ν，Τ_Ν/3+ δ N)即US12滯后于U S23,則初始值為0的負 序數NEG_N累加1 ;
[0018] 3)相序判斷時間為SAM_N個基波周期數，則P0S_N+NEG_N = SAM_N。
[0019] 所述的步驟（3)中，通過正序數P0S_N、負序數呢6_~值，判斷進線電壓為正序還是 負序：
[0020] 1)設SS為相序累加數誤差，若P0S_N> SAM_NSS，則進線電壓相序為正序，若 NEG_N > SAM_N- δ S，則進線電壓相序為負序；
[0021] 2)若上述1)條件都不滿足，則重復步驟（1)、（2)、（3)，直到滿足上述1)條件，確 定進線相序。
[0022] 所述的步驟（4)中，相序為負序時，對兩負序線電壓互換并取負，轉換為兩正序線 電壓：
[0023] 1)根據相序判斷結果，若相序為負序時，互換原來的兩線電壓采樣值，并將互換后 的兩線電壓值取負；
[0024] 2)經過上述1)互換取負后，負序型相序：CBA、ACB、BAC，分別轉換為正序型相序： ABC、BCA、CAB ;
[0025] 所述的步驟（5)中，在負序情況下，通過對換控制策略，正確計算負載無功諧波目 標值及SPWM調制波，實現裝置的正確補償治理：
[0026] 1)負載電流采樣相序順序和進線電壓采樣相序順序一致；
[0027] 2)在負序時，通過權利要求5中所述，將負序電壓轉換為正序電壓，對轉換后的正 序線電壓，進行PLL鎖相，得到正序并網電壓的相位角度Θ，及正序三相并網相電壓U P1、UP2、 Up3;
[0028] 3)在負序時，將采樣到的負序負載電流iu、??2、，其中i u、對調互換，轉換為 正序負載電流，再經過3/2Clarke變換、2/2Park變換，得到負載電流的無功、各次諧波，在 旋轉坐標系下的直流目標值；
[0029] 4)對負載電流無功、各次諧波直流目標值及用于直流穩壓有功直流量，進行 2/2Park反變換、3/2Clarke反變換，得到在靜止坐標系下的三相正序電流目標值，分別為 i_f、iC3_raf，在負序時，對對調互換，轉換為負序電流目標值；
[0030] 5)在負序時，對正序三相并網相電壓UP1、UP^調互換，轉換為負序并網相電壓，再 與電流跟蹤環的結果值相加，得到逆變器的三相調制波，則該三相調制波的相序與實際的 并網電壓相序對應。
[0031] 本發明方法能夠在任何并網電壓相序條件下實現電能質量治理裝置的自動調整 控制策略及正確補償無功和諧波，避免對現場并網電壓相序的檢測工作，且本發明方法計 算量小，便于在數字控制芯片中C語言實現。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發明的算法流程圖；
[0033] 圖2為采樣并網線電壓，并網正序線電壓的波形示意圖；
[0034] 圖3為采樣并網線電壓，并網負序線電壓的波形示意圖；
[0035] 圖4為電能質量治理裝置系統示意圖；
[0036] 圖5為補償電流目標值計算控制框圖；
[0037] 圖6為電流跟蹤控制框圖；
【具體實施方式】：
[0038] 為了更為具體描述本發明，下面將結合附圖和實施方式對本發明的相序識別自適 應方法做進一步詳細描述。
[0039] 如圖1所示，本發明提出了一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方 法，方法包括如下步驟：
[0040] (1)采集電網線電壓US12、US23,記錄U S12、US23峰值U S12_fmax、US23_fmax的采樣位置 數。
[0041] 如圖2、3所示，在每隔設定時間3六1_1'采樣一次，在一個基波周期0. 02s內采樣次 數為T_N次，并對兩線電壓采樣值進行低通濾波，分別得到基波線電壓Usl2_f、U S23_f ;
[0042] 以基波線電壓Usl2_f、US23_f任何時刻為起始點，經過對每相線電壓采樣值的比較， 得到U sl2_f、US23_f的峰值分別為Usl2_fmax、US23_fmax，且記錄此時的采樣計數值k(m'）、 m(k'），分別賦值給 P_U12、P_U23;
[0043] 在每個基波周期后，對峰值位置數P_U12、P_U23清零。
[0044] (2)計算兩線電壓峰值采樣位置數之差，判斷差值范圍，對正序數P0S_N、負序數 NEG_N累加。
[0045] 如圖2所示，當進線線電壓為正序時，記錄的兩峰值位置數P_U12= k，P_U 23= m， 且k < m，計算兩差值P_SN = k-m，判斷差值P_SN是否在（-Τ_Ν/3- δ Ν，-Τ_Ν/3+ δ N)范圍 內，若在這范圍內，對正序數P〇S_N累加1，連續判斷SAM_N個基波周期；
[0046] 如圖3所示，當進線線電壓為負序時，記錄的兩峰值位置數P_U12=m'，P_U 23=k'， 且k' < m'，計算兩差值P_SN = m' -k'，判斷差值P_SN是否在（Τ_Ν/3- δ Ν，Τ_Ν/3+ δ N)范 圍內，若在這范圍內，對正序數NEG_N累加1，連續判斷SAM_N個基波周期。
[0047] (3)在采樣的設定次數內，通過正序數P0S_N、負序數NEG_N累加值，判斷進線電壓 為正序還是負序。
[0048] 如圖1所示，在SAM_N個基波周期后，若P0S_N > SAM_N- δ S，則進線電壓相序為正 序，若NEG_N > SAM_N- δ S，則進線電壓相序為負序，其中δ S為相序累加數誤差。
[0049] (4)在負序情況下，對兩線電壓進行互換并取負，將兩負序線電壓轉換為正序線電 壓。
[0050] 如圖1、4和5所示，經過上述過程，判斷出進線線電壓的相序為負序時，經過對 兩線電壓進行互換并取負，將三種負序型相序CBA、ACB、BAC，分別轉換為正序型相序ABC、 BCA、CAB，使任何進線電壓接法都能在正序環境下計算相關信息。
[0051] (5)在負序情況下，通過對換控制策略，正確計算補償目標值及調制波，實現電能 質量治理裝置的正確補償治理。
[0052] 如圖4所示，負載電流采樣iu、k2、ij頁序和進線電壓采樣1、2、3順序一致，保證 負載電流采樣相序環境和并網電壓采樣相序環境一致；
[0053] 如圖5所示，在負序時，將負序電壓轉換為正序電壓，對轉換后的正序線電壓，進 行PLL鎖相，得到正序并網電壓的相位角度Θ，及正序三相并網相電壓U P1、UP2、UP3;在正序 時，不需要對進線線電壓轉換，直接鎖相獲取相位角度；
[0054] 如圖5所示，在負序時，將采樣到的負序負載電流iu、??2、，其中i u、對調互 換，轉換為正序負載電流，再經過3/2Clarke變孩
得到i。、i{!，再對 i α、i e進行基波
I變換，經低通LPF濾波，得到負載基波電流的直 流無功iq，對i α、i e進行η次諧波2/2Park變換，再經低通LPF濾波，得到各次諧波的i nq分 量和ind分量；
[0055] 如圖5所示，對負載電流的無功iq、用于直流穩壓有功直流量i^_d，進行基波
2/2Park反變# ^得到靜止坐標系下基波α、β，對各次諧波的inq、ind，經 j 過η次2/2Park反變換，得到靜止坐標系下各η次諧波的α、β，再將基波α、β與各η 次諧波的α、β對應相加，得到總的ia_raf、ip_raf，對i a_ra、ip_raf進行3/2Clarke反變換
，得到在靜止坐標系下的三相正序電流目標值，分別為ie2_ raf、iC3_ ，在負序時，對iei_raf、調互換，轉換為負序電流目標值；
[0056] 如圖6所示，在負序時，對正序三相并網相電壓UP1、UP3對調互換，轉換為負序并 網相電壓，再與電流跟蹤環的結果值相加，得到逆變器的三相調制波，三相調制波分別為 uref-PI (i C3-ref-icl)+UP3、Uref- 2= PI (i c2-ref-ic2)+UP2、Uref- 3= PI (i cl-ref-ic3)+UP1，且該三相 調制波的相序與實際的并網電壓相序對應；在正序時，三相調制波分別為U raf l= PI (i cl_ raf-iJ+UP1、Urrf2= PI(i c2，f-iJ+UP2、Urrf3= PI(i c3_rrf-iJ+UP3,再根據該三相調制波 Uraf l、Uraf 2、Uraf 3，通過SPWM進行調制，得到各IGBT的控制脈沖信號。
【主權項】
1. 一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，包括以下步驟： (1) 采集電網線電壓US12、Us23，每隔設定時間采樣一次，一個基波周期總的采樣次數為 T_N，并對US12、Us23低通濾波，在每個基波周期內，記錄U S12_f、US23_f峰值的采樣位置數； (2) 計算兩線電壓峰值采樣位置數之差，基于差值范圍和判斷條件，對正序數POS_N、 負序數NEG_N進行相應累加； (3) 在設定的采樣次數內，通過正序數POS_N、負序數NEG_N累加值，判斷進線電壓為正 序還是負序； (4) 在負序情況下，對兩線電壓進行互換并取負，將兩負序線電壓轉換為正序線電壓； (5) 在負序情況下，通過對換控制策略，正確計算補償目標值及調制波，確保電能質量 治理裝置的正常工作。2. 如權利要求1所述的一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，其特征 在于：所述的步驟⑴中，記錄線電壓US12、U s23峰值的采樣位置數方法為： 1) 設US12、Us23分別為電能質量治理裝置的并網進線線電壓，每隔設定時間SAM_T采樣 一次，在一個基波周期〇. 〇2s內采樣次數為T_N次，并對兩線電壓采樣值進行低通濾波，分 別得到基波線電壓Usl2_f、U S23_f ; 2) 以基波線電壓Usl2_f、US23_f任何時刻為起始點，設定相序判斷采樣基波周期數SAM_ N，總的采樣次數為SAM_N*T_N，以基波周期采樣次數T_N為峰值位置數記錄周期； 3) 設Usl2_fmax、US23_fmax為基波線電壓Usl2_f、U S23_f的峰值，在一個基波周期內，分別 記錄峰值Usl2_fmax、US23_fmax的采樣位置數，定義為P_U 12、PJJ23，并在每個基波周期后，清 零 P_U12、P_U23。3. 如權利要求1所述的一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，其特征 在于：所述的步驟（2)中，計算峰值采樣位置數之差，判斷差值范圍，對正序數POS_N、負序 數NEG_N累加： 1) 在每個基波周期采樣數T_N后，計算兩線電壓峰值采樣位置數之差P_SN，即P_SN = PJJ12-PJJ23，設δ N為采樣次數誤差； 2) 若P_SN e (-Τ_Ν/3- δ Ν，-Τ_Ν/3+ δ Ν)即Usi2超前于U S23，則初始值為0的正序數 P〇S_N累加1，若P_SN e (Τ_Ν/3- δ Ν，Τ_Ν/3+ δ N)即Usi2滯后于U S23，則初始值為0的負序 數NEG_N累加1 ; 3) 相序判斷時間為SAM_N個基波周期數，則POS_N+NEG_N = SAM_N。4. 如權利要求1所述的一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，其特征 在于：所述的步驟（3)中，通過正序數POS_N、負序數呢6_~值，判斷進線電壓為正序還是負 序： 1) 設δ S為相序累加數誤差，若POS_N > SAM_N_ δ S，貝IJ進線電壓相序為正序，若NEG_ N > SAM_N- δ S，則進線電壓相序為負序； 2) 若上述1)條件都不滿足，則重復步驟（1)、（2)、（3)，直到滿足上述1)條件，確定進 線相序。5. 如權利要求1所述的一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，其特征 在于：所述的步驟（4)中，相序為負序時，對兩負序線電壓互換并取負，轉換為兩正序線電 壓： 1) 根據相序判斷結果，若相序為負序時，互換原來的兩線電壓采樣值，并將互換后的兩 線電壓值取負； 2) 經過上述1)互換取負后，負序型相序：CBA、ACB、BAC，分別轉換為正序型相序：ABC、 BCA、CAB06.如權利要求1所述的一種應用于電能質量治理裝置的相序識別自適應方法，其特征 在于：所述的步驟（5)中，在負序情況下，通過對換控制策略，正確計算負載無功諧波目標 值及SPffM調制波，實現裝置的正確補償治理： 1) 負載電流采樣相序順序和進線電壓采樣相序順序一致； 2) 在負序時，通過權利要求5中所述，將負序電壓轉換為正序電壓，對轉換后的正序線 電壓，進行PLL鎖相，得到正序并網電壓的相位角度Θ，及正序三相并網相電壓U P1、UP2、UP3; 3) 在負序時，將采樣到的負序負載電流iu、L、，其中iu、1對調互換，轉換為正序 負載電流，再經過3/2Clarke變換、2/2Park變換，得到負載電流的無功、各次諧波，在旋轉 坐標系下的直流目標值； 4) 對負載電流無功、各次諧波直流目標值及用于直流穩壓有功直流量，進行2/2Park 反變換、3/2Clarke反變換，得到在靜止坐標系下的三相正序電流目標值，分別為iC2_ raf、iC3_"f，在負序時，對、31^對調互換，轉換為負序電流目標值； 5) 在負序時，對正序三相并網相電壓UP1、Ura對調互換，轉換為負序并網相電壓，再與 電流跟蹤環的結果值相加，得到逆變器的三相調制波，則該三相調制波的相序與實際的并 網電壓相序對應。
【文檔編號】G01R29/18GK105896539SQ201410692080
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月25日
【發明人】李運生, 張偉, 吳昊, 于晶
【申請人】江蘇博力電氣科技有限公司, 北京博旺天成科技發展有限公司