[發明專利]一種檢測電力系統中電氣信號頻率、相位和幅值的方法

有效

• 申請號: 201210077738.9
• 申請日: 2012-03-22
• 公開（公告）號: CN102621382A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 王亮;姜齊榮;洪蘆誠
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02;G01R25/00;G01R19/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種檢測電力系統中電氣信號頻率、相位和幅值的方法，屬于電力信號檢測技術領域。

背景技術

獲取周期信號的相位和頻率在電氣工程中具有非常重要的實際應用價值。

在電氣工程中，電力系統關鍵節點和斷面上電壓頻率和相互之間的相位差控制在一定范圍之內，是保證電網正常運行的必要條件。在電力系統發生靜態、動態失穩的過程中，關鍵節點的相位變化是分析其失穩過程發展和失穩機理的重要信息。這就要求，無論電力系統運行于穩定狀態還是處于動態調整過程，都能夠準確、快速地獲得系統的頻率和相位。此外，準確、快速地獲得系統電壓的頻率和相位對于改善配電網的供電質量也有重要應用價值。在配電網中，存在無功、諧波、負序、閃變和電壓跌落等眾多電能質量問題。大功率電力電子裝置是改善這些問題的最佳手段，諸如靜止無功發生器(STATCOM)、電力有源濾波器(APF)、不間斷電源(UPS)、動態電壓恢復器(DVR)等等。它們要完成改善電能質量的任務，必須實現其補償電壓/電流與系統電壓/電流同步的問題。在電力系統因遠方短路等故障導致系統電壓和相位突變時，同步問題尤為重要。此時正確的同步不僅是改善電能質量的基礎，更是控制補償裝置不過流、過壓，使其安全可靠運行的重要保證。風力發電、太陽能發電等新能源往往是通過分布式發電、微型電網的形式與電力系統相連的，這時，也需要維持這些小系統與電力系統接入點頻率和相位上的同步。

現在常用的電壓信號或電流信號相位檢測方法包括：過零檢測、反三角函數計算和鎖相環。過零檢測是把電壓信號或電流信號的正向過零時刻作為電壓信號或電流信號相位的零點，之后，根據系統的額定頻率計算電壓信號或電流信號的相位，直到電壓信號或電流信號的下一個正向過零時刻。該方法在兩個過零點之間無法獲得準確的相位信息，系統頻率發生偏移時會產生檢測誤差，而且極易受到諧波和噪聲的干擾，導致檢測錯誤。反三角函數計算是指利用反三角函數，直接計算正弦信號的相位。該方法同樣容易遭受諧波和噪聲的干擾，產生較大的檢測誤差。鎖相環是通過閉環控制，通過計算電壓信號或電流信號的檢測值與實際值的誤差，時時修正檢測值，以得到準確的檢測值。該方法的響應速度比較慢，而且諧波和噪聲依然會導致輸出誤差。由于現在已有的這些檢測方法存在上述缺點，使得在實際應用中，不能準確、迅速地檢測電力系統的相位，不利于電力系統的控制和穩定；會影響靜止無功發生器、電力有源濾波器、不間斷電源、動態電壓恢復器等正常工作，甚至會導致它們過流、過壓，嚴重時會損壞設備；不利于分布式發電或微型電網的功率和頻率控制。

本申請人曾在專利申請201110347668.X中公開過一種檢測電力系統中電壓信號或電流型號頻率和相位的方法，但是該方法中的頻率控制濾波器比較復雜，而且在采樣頻率較低時，其濾波效果會變差。

發明內容

本發明目的是提出一種檢測電力系統中電氣信號頻率、相位和幅值的方法，以克服已有技術的缺點，避免諧波和噪聲的干擾，快速準確地檢測電力系統電壓信號或電流信號的頻率和相位。

本發明提出的檢測電力系統中電氣信號頻率、相位和幅值的方法，包括以下各步驟：

(1)設電力系統中電氣信號基波頻率的最小值為f_r，每隔Ts秒采集一次電力系統中的電氣信號，設定兩個容量各為K的存儲空間D和Q，K為大于1.1/(Ts×f_r)的整數，存儲空間中的存儲單元分別為D(1)～D(K)和Q(1)～Q(K)，存儲單元的初始值為零；當檢測電力系統中的第h次諧波信號時，設電氣信號頻率檢測值f₁的初始值為電網額定頻率的h倍，當檢測電力系統中的基波信號時，設電氣信號頻率檢測值f₁的初始值為電網額定頻率；

(2)采集電力系統的電壓信號或電流信號，若電力系統為三相系統，則采集的電壓信號或電流信號均記為v_a、v_b、v_c，并利用克拉克變換將v_a、v_b、v_c變換為兩路信號v_α、v_β；若電力系統為單相系統，則采集的電壓信號或電流信號均記為v_in并將v_in作為信號v_α，利用希爾伯特變換得到信號v_β；