一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法及装置与流程

1.本发明涉及电网检测的技术领域，特别是涉及一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法及装置。


背景技术：

2.目前，为应对电网电压故障导致的不平衡电压，需要电压检测装置检测到不平衡电压中存在的谐波正负序分量，以便确保并网换流器的稳定运行；现有的电网电压正负序分量检测技术中，常用的正负序分量检测方法有基于同步坐标系变换的dq法，该方法在检测系统中引入多个低通滤波器，会降低系统的动态性能并增加计算量；且基于双二阶广义积分器的正负序分量检测方法能够实现对不平衡电网电压谐波正负序分量的有效提取，但其结构中包含多个积分器会影响系统的动态性能；此外，信号延时对消法不能有效应对谐波的影响，谐波条件下正负序分量的检测精度大大降低；即现有的电网电压检测装置存在检测速度慢，检测精度低的问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法及装置，提高对电网电压谐波正负序分量检测的效率及检测精度。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法，包括：
5.采集包含谐波的电网三相电压；
6.对所述电网三相电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压；
7.将所述电网电压输入到预构建的谐波分量估计器中，以使所述谐波分量估计器输出电网电压谐波正负序分量状态变量；
8.根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量。
9.在一种可能的实现方式中，本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法，还包括：
10.获取电网电压频率标称值和所述谐波分量估计器的状态变量，根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率。
11.在一种可能的实现方式中，根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率，具体包括：
12.将所述电网电压频率标称值和所述状态变量代入预设的电压频率计算公式中，以使基于所述电压频率计算公式，计算出所述三相电网电压频率；其中，所述电压频率计算公式，如下所示：
13.14.式中，是电网电压频率ω的估计，ωr是电网电压频率标称值，是谐波分量估计器的状态变量。
15.在一种可能的实现方式中，对所述电网三相电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压，具体包括：
16.根据预设的clark变换公式，对所述电网三相电压进行clark变换，以使将所述电网三相电压变换到αβ坐标系下的电网电压；其中，所述clark变换公式，如下所示：
[0017][0018]
式中，v
abc
表示电网三相电压，v
αβ
为αβ坐标系下的电网电压。
[0019]
在一种可能的实现方式中，预构建的谐波分量估计器，具体包括：
[0020][0021]
式中，a，l和c分别是包含谐波的三相电网电压矩阵，ys表示输入谐波分量估计器的电网电压，α,β表示三相电网电压系统的α,β坐标系，ζs代表滤波器的状态变量，代表电网电压谐波正负序分量状态变量，为谐波分量估计器的输出变量，t代表变换系数矩阵，代表谐波分量估计器的状态变量，λ是谐波分量估计器的自适应增益。
[0022]
在一种可能的实现方式中，所述电网电压谐波正负序分量状态变量包括：第一电网电压谐波正序分量状态变量、第二电网电压谐波正序分量状态变量、第一电网电压谐波负序分量状态变量和第二电网电压谐波负序分量状态变量。
[0023]
在一种可能的实现方式中，根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量，具体包括：
[0024]
将所述电网电压谐波正负序分量状态变量输入到预设的三相电网电压谐波正负序分量计算公式中，计算三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量；其中，所述三相电网电压谐波正负序分量计算公式，如下所示：
[0025][0026]
其中，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波正序分量状态变量，
为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波负序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波负序分量状态变量，下标p代表正序分量，下标n代表负序分量，下标i代表谐波次数。
[0027]
本发明实施例还提供了一种三相电网电压谐波正负序分量检测装置，包括：电压信号采集模块、坐标变换模块、谐波分量估计器输出模块和电压谐波正负序分量获取模块；
[0028]
其中，所述电压信号采集模块，用于采集包含谐波的电网三相电压；
[0029]
所述坐标变换模块，用于对所述电网三相电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压；
[0030]
所述谐波分量估计器输出模块，用于将所述电网电压输入到预构建的谐波分量估计器中，以使所述谐波分量估计器输出电网电压谐波正负序分量状态变量
[0031]
所述电压谐波正负序分量获取模块，用于根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量。
[0032]
在一种可能的实现方式中，本发明实施例提供的三相电网电压谐波正负序分量检测装置，还包括：三相电网电压频率获取模块；
[0033]
所述三相电网电压频率获取模块，用于获取电网电压频率标称值和所述谐波分量估计器的状态变量，根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率。
[0034]
在一种可能的实现方式中，所述三相电网电压频率获取模块，用于根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率，具体包括：
[0035]
将所述电网电压频率标称值和所述状态变量代入预设的电压频率计算公式中，以使基于所述电压频率计算公式，计算出所述三相电网电压频率；其中，所述电压频率计算公式，如下所示：
[0036][0037]
式中，是电网电压频率ω的估计，ωr是电网电压频率标称值，是谐波分量估计器的状态变量。
[0038]
在一种可能的实现方式中，所述坐标变换模块，用于对所述电网三相电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压，具体包括：
[0039]
根据预设的clark变换公式，对所述电网三相电压进行clark变换，以使将所述电网三相电压变换到αβ坐标系下的电网电压；其中，所述clark变换公式，如下所示：
[0040][0041]
式中，v
abc
表示电网三相电压，v
αβ
为αβ坐标系下的电网电压。
[0042]
在一种可能的实现方式中，所述谐波分量估计器输出模块中预构建的谐波分量估计器，具体包括：
[0043][0044]
式中，a，l和c分别是包含谐波的三相电网电压矩阵，ys表示输入谐波分量估计器的电网电压，α,β表示三相电网电压系统的α,β坐标系，ζs代表滤波器的状态变量，代表电网电压谐波正负序分量状态变量，为谐波分量估计器的输出变量，t代表变换系数矩阵，代表谐波分量估计器的状态变量，λ是谐波分量估计器的自适应增益。
[0045]
在一种可能的实现方式中，所述谐波分量估计器输出模块中所述电网电压谐波正负序分量状态变量包括：第一电网电压谐波正序分量状态变量、第二电网电压谐波正序分量状态变量、第一电网电压谐波负序分量状态变量和第二电网电压谐波负序分量状态变量。
[0046]
在一种可能的实现方式中，所述电压谐波正负序分量获取模块，用于根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量，具体包括：
[0047]
将所述电网电压谐波正负序分量状态变量输入到预设的三相电网电压谐波正负序分量计算公式中，计算三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量；其中，所述三相电网电压谐波正负序分量计算公式，如下所示：
[0048][0049]
其中，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波负序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波负序分量状态变量，下标p代表正序分量，下标n代表负序分量，下标i代表谐波次数。
[0050]
本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的三相电网电压谐波正负序分量检测方法。
[0051]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括
存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的三相电网电压谐波正负序分量检测方法。
[0052]
本发明实施例一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法及装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0053]
通过采集包含谐波的电网三相电压，并对所述电网三相电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压；将所述电网电压输入到预构建的谐波分量估计器中，以使所述谐波分量估计器输出电网电压谐波正负序分量状态变量；根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量。与现有技术相比，本发明提供的技术方案无需使用引入多个低通滤波器和积分器，能提高对电网电压谐波正负序分量检测的效率及检测精度。
附图说明
[0054]
图1是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法的一种实施例的流程示意图；
[0055]
图2是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法的又一种实施例的流程示意图；
[0056]
图3是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测装置的一种实施例的结构示意图；
[0057]
图4是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测装置的又一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
实施例1
[0060]
参见图1，图1是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法的一种实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤101－步骤104，具体如下：
[0061]
步骤101：采集包含谐波的三相电网电压。
[0062]
一实施例中，采集的包含谐波的三相电网电压为v
abc
，对采集的三相电网电压输入到放大器和滤波器中，以使所述放大器和所述滤波器对所述三相电网电压进行放大和滤波处理。
[0063]
步骤102：对所述三相电网电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压。
[0064]
一实施例中，根据预设的clark变换公式，对步骤101中获取的包含谐波的三相电网电压进行clark变换，以使将所述三相电网电压变换到αβ坐标系下的电网电压；其中，所述clark变换公式，如下所示：
[0065][0066]
式中，v
abc
表示三相电网电压，v
αβ
为αβ坐标系下的电网电压。
[0067]
一实施例中，所述αβ坐标系为两相静止坐标系，v
α
和v
β
为αβ坐标系下的两相电网电压。
[0068]
一实施例中，v
α
＝v
α_pi
v
α_ni
，v
β
＝v
β_pi
v
β_ni
，其中，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波负序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波负序分量状态变量。
[0069]
步骤103：将所述电网电压输入到预构建的谐波分量估计器中，以使所述谐波分量估计器输出电网电压谐波正负序分量状态变量。
[0070]
一实施例中，预构建的谐波分量估计器，如下所示：
[0071][0072]
式中，a，l和c分别是包含谐波的三相电网电压矩阵，ys表示输入谐波分量估计器的电网电压，α,β表示三相电网电压系统的α,β坐标系，ζs代表滤波器的状态变量，代表电网电压谐波正负序分量状态变量，为谐波分量估计器的输出变量，t代表变换系数矩阵，代表谐波分量估计器的状态变量，λ是谐波分量估计器的自适应增益。
[0073]
一实施例中，ys为步骤102中得到的αβ坐标系下的两相电网电压，当s为α时，ys为v
α
，当s为β时，ys为v
β
。
[0074]
一实施例中，包含谐波的三相电网电压矩阵a，l和c为已知参数。
[0075]
一实施例中，所述电网电压谐波正负序分量状态变量包括：第一电网电压谐波正序分量状态变量、第二电网电压谐波正序分量状态变量、第一电网电压谐波负序分量状态变量和第二电网电压谐波负序分量状态变量。
[0076]
一实施例中，对于第一电网电压谐波正序分量状态变量、第二电网电压谐波正序分量状态变量、第一电网电压谐波负序分量状态变量和第二电网电压谐波负序分量状态变量可以从谐波分量估计器中直接得到，上述四个变量为变量的展开。
[0077]
步骤104：根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压
谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量。
[0078]
一实施例中，直接将得到的所述电网电压谐波正负序分量状态变量输入到预设的三相电网电压谐波正负序分量计算公式中，即可直接计算三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量；其中，所述三相电网电压谐波正负序分量计算公式，如下所示：
[0079][0080]
式中，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波负序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波负序分量状态变量，下标p代表正序分量，下标n代表负序分量，下标i代表谐波次数。
[0081]
一实施例中，本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法，还包括：三相电网电压频率获取模块步骤105；如图2所示，图2是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法的又一种实施例的流程示意图。
[0082]
一实施例中，步骤105：获取电网电压频率标称值和所述谐波分量估计器的状态变量，根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率。
[0083]
一实施例中，根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率；具体的，将所述电网电压频率标称值和所述状态变量代入预设的电压频率计算公式中，以使基于所述电压频率计算公式，计算出所述三相电网电压频率；其中，所述电压频率计算公式，如下所示：
[0084][0085]
式中，是电网电压频率ω的估计，ωr是电网电压频率标称值，是谐波分量估计器的状态变量。
[0086]
一实施例中，所述谐波分量估计器的状态变量可从谐波分量估计器中直接获取得到。
[0087]
综上，由于电网中存在诸多不确定性因素，如环境因素的不确定性，谐波的干扰等；此外，我国在新能源并网的技术要求中对电压的检测速度提出了极高的要求，如光伏并网换流器中电压的检测速度应限制在30ms以内，在此情况下，本发明实施例提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法，通过预构建谐波分量估计器，其检测电压谐波正负序分量的动态响应快，在存在特定次谐波干扰的条件下，能够实现零稳态误差估计，能提高后续进行三相电网电压谐波正负序分量检测的快速性和准确性。
[0088]
实施例2
[0089]
参见图3，图3是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测装置的一种实施例的结构示意图，如图2所示，该装置包括电压信号采集模块301、坐标变换模块302、谐波分量估计器输出模块303和电压谐波正负序分量获取模块304，具体如下：
[0090]
所述电压信号采集模块301，用于采集包含谐波的三相电网电压。
[0091]
所述坐标变换模块302，用于对所述三相电网电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压。
[0092]
所述谐波分量估计器输出模块303，用于将所述电网电压输入到预构建的谐波分量估计器中，以使所述谐波分量估计器输出电网电压谐波正负序分量状态变量。
[0093]
所述电压谐波正负序分量获取模块304，用于根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量。
[0094]
一实施例中，所述坐标变换模块302，用于对所述三相电网电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压；具体为，根据预设的clark变换公式，对所述三相电网电压进行clark变换，以使将所述三相电网电压变换到αβ坐标系下的电网电压；其中，所述clark变换公式，如下所示：
[0095][0096]
式中，v
abc
表示三相电网电压，v
αβ
为αβ坐标系下的电网电压。
[0097]
一实施例中，所述谐波分量估计器输出模块303中预构建的谐波分量估计器，如下所示：
[0098][0099]
式中，a，l和c分别是包含谐波的三相电网电压矩阵，ys表示输入谐波分量估计器的电网电压，α,β表示三相电网电压系统的α,β坐标系，ζs代表滤波器的状态变量，代表电网电压谐波正负序分量状态变量，为谐波分量估计器的输出变量，t代表变换系数矩阵，代表谐波分量估计器的状态变量，λ是谐波分量估计器的自适应增益。
[0100]
一实施例中，所述谐波分量估计器输出模块303中所述电网电压谐波正负序分量状态变量包括：第一电网电压谐波正序分量状态变量、2二电网电压谐波正序分量状态变量、第一电网电压谐波负序分量状态变量和第二电网电压谐波负序分量状态变量。
[0101]
一实施例中，所述电压谐波正负序分量获取模块304，用于根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量；具体的，将所述电网电压谐波正负序分量状态变量输入到预设的三相电网电压谐波正
负序分量计算公式中，计算三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量；其中，所述三相电网电压谐波正负序分量计算公式，如下所示：
[0102][0103]
其中，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第一电网电压谐波负序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波正序分量状态变量，为电网电压在αβ坐标系下的第二电网电压谐波负序分量状态变量，下标p代表正序分量，下标n代表负序分量，下标i代表谐波次数。
[0104]
一实施例中，本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测装置，还包括：三相电网电压频率获取模块305；如图4所示，图4是本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测装置的又一种实施例的结构示意图。
[0105]
一实施例中，所述三相电网电压频率获取模块305，用于获取电网电压频率标称值和所述谐波分量估计器的状态变量，根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率。
[0106]
一实施例中，所述三相电网电压频率获取模块305，用于根据所述电网电压频率标称值和所述状态变量，计算并得到三相电网电压频率；具体的，将所述电网电压频率标称值和所述状态变量代入预设的电压频率计算公式中，以使基于所述电压频率计算公式，计算出所述三相电网电压频率；其中，所述电压频率计算公式，如下所示：
[0107][0108]
式中，是电网电压频率ω的估计，ωr是电网电压频率标称值，是谐波分量估计器的状态变量。
[0109]
所属领域的技术人员可以清楚的了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不在赘述。
[0110]
需要说明的是，上述三相电网电压谐波正负序分量检测装置的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0111]
在上述的三相电网电压谐波正负序分量检测方法的实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备，该三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处
理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现本发明任意一实施例的三相电网电压谐波正负序分量检测方法。
[0112]
示例性的，在这一实施例中所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备中的执行过程。
[0113]
所述三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
[0114]
所称处理器可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备的各个部分。
[0115]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述三相电网电压谐波正负序分量检测终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0116]
在上述三相电网电压谐波正负序分量检测方法的实施例的基础上，本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时，控制所述存储介质所在的设备执行本发明任意一实施例的三相电网电压谐波正负序分量检测方法。
[0117]
在这一实施例中，上述存储介质为计算机可读存储介质，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0118]
综上，本发明提供的一种三相电网电压谐波正负序分量检测方法及装置，通过采集包含谐波的三相电网电压，并对所述三相电网电压进行clark变换，得到αβ坐标系下的电网电压；将所述电网电压输入到预构建的谐波分量估计器中，以使所述谐波分量估计器输
出电网电压谐波正负序分量状态变量；根据所述电网电压谐波正负序分量状态变量，计算并得到三相电网电压谐波正序分量和三相电网电压谐波负序分量。与现有技术相比，本发明提供的技术方案能提高对电网电压谐波正负序分量检测的效率及检测精度。
[0119]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。