[發明專利]基于時域減的背景噪聲影響下三相電網阻抗在線辨識方法

在審

• 申請號: 202010721403.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112098741A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 張興;郭梓暄;謝震;劉芳;李明;潘海龍;陳少龍
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R27/16
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種基于時域減的背景噪聲影響下三相電網阻抗在線辨識方法，應用該方法的主電路拓撲結構包括直流側電壓源(10)、三相全橋逆變電路(20)、三相LC濾波器(30)、三相電網阻抗(40)和三相電網(50)，所述直流側電壓源(10)與三相全橋逆變電路(20)連接，三相全橋逆變電路(20)經三相LC濾波器(30)與三相電網阻抗(40)連接后接入三相電網(50)；

其特征在于，所述在線辨識方法定時對背景噪聲影響下的電網阻抗進行在線辨識；具體的，記電網基波頻率為f_grid、電網基波周期為T_grid，預先設定一個辨識間隔時間T_onecycle，T_onecycle≥5T_grid，辨識間隔時間T_onecycle時間到，啟動一輪在線辨識；

記逆變器采樣頻率為f_sample、一個電網基波周期內采樣次數為N，N為正整數，且N＝f_sample/f_grid，記背景噪聲影響下待辨識電網阻抗的待辨識頻率為f_identify；

一輪在線辨識的步驟如下：

步驟1，持續采樣三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端三相電壓，并記為第一輪采樣PCC點電壓U_{PCC_A1}、U_{PCC_B1}、U_{PCC_C1}；持續對第一輪采樣PCC點電壓U_{PCC_A1}、U_{PCC_B1}和U_{PCC_C1}進行過零點檢測，當檢測到第一輪采樣PCC點電壓U_{PCC_A1}、U_{PCC_B1}和U_{PCC_C1}中任意一相電壓過零后，停止過零點檢測，進入步驟2；

步驟2，在一個電網基波周期T_grid內，持續采樣并記錄三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端三相電壓N次，分別得到N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端A相電壓的第二輪采樣值、N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端B相電壓的第二輪采樣值和N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端C相電壓的第二輪采樣值；同時，在一個電網基波周期T_grid內，持續采樣并記錄流經三相電網阻抗(40)的三相電流N次，分別得到N個流經三相電網阻抗(40)的A相電流的第二輪次采樣值、N個流經三相電網阻抗(40)的B相電流的第二輪次采樣值和N個流經三相電網阻抗(40)的C相電流的第二輪次采樣值；

將N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端A相電壓的第二輪采樣值的集合記為第二輪采樣PCC點A相電壓U_{PCC_A2}，U_{PCC_A2}＝{U_{PCC_A2_1},U_{PCC_A2_2},...,U_{PCC_A2_N}}；將N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端B相電壓的第二輪次采樣值的集合記為第二輪采樣PCC點B相電壓U_{PCC_B2}，U_{PCC_B2}＝{U_{PCC_B2_1},U_{PCC_B2_2},...,U_{PCC_B2_N}}，將N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端C相電壓的第二輪采樣值的集合記為第二輪采樣PCC點C相電壓U_{PCC_C2},U_{PCC_C2}＝{U_{PCC_C2_1},U_{PCC_C2_2},...,U_{PCC_C2_N}}；

將N個流經三相線路阻抗(40)的A相電流的第二輪采樣值的集合記為第二輪采樣PCC點A相電流I_{PCC_A2}，I_{PCC_A2}＝{I_{PCC_A2_1},I_{PCC_A2_2},...,I_{PCC_A3_N}}；將N個流經三相線路阻抗(40)的B相電流的第二輪采樣值的集合記為第二輪采樣PCC點B相電流I_{PCC_B2}，I_{PCC_B2}＝{I_{PCC_B2_1},I_{PCC_B2_2},...,I_{PCC_B2_N}}；將N個流經三相線路阻抗(40)的C相電流的第二輪采樣值的集合記為第二輪采樣PCC點C相電流I_{PCC_C2}，I_{PCC_C2}＝{I_{PCC_C2_1},I_{PCC_C2_2},...,I_{PCC_C2_N}}；

步驟3，通過在三相逆變器調制波信號上疊加頻率為待辨識頻率f_identify的擾動分量，持續向三相電網(50)注入頻率為待辨識頻率f_identify的電壓擾動，持續注入時間達到2個電網基波周期T_grid后，啟動步驟4；

步驟4，通過在三相逆變器調制波信號上疊加頻率為待辨識頻率f_identify的擾動分量，繼續向三相電網(50)注入頻率為待辨識頻率f_identify的電壓擾動，注入時長為1個電網基波周期T_grid；

在繼續注入電壓擾動的同時，持續采樣并記錄三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端三相電壓N次，分別得到N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端A相電壓的第三輪采樣值、N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端B相電壓的第三輪采樣值和N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端C相電壓的第三輪采樣值；持續采樣并記錄流經三相電網阻抗(40)的三相電流N次，分別得到N個流經三相電網阻抗(40)的A相電流的第三輪采樣值、N個流經三相電網阻抗(40)的B相電流的第三輪采樣值和N個流經三相電網阻抗(40)的C相電流的第三輪采樣值；

將N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端A相電壓的第三輪采樣值的集合記為第三輪采樣PCC點A相電壓U_{PCC_A3}，U_{PCC_A3}＝{U_{PCC_A3_1},U_{PCC_A3_2},...,U_{PCC_A3_N}}；將N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端B相電壓的第三輪采樣值的集合記為第三輪采樣PCC點B相電壓U_{PCC_B3}，U_{PCC_B3}＝{U_{PCC_B3_1},U_{PCC_B3_2},...,U_{PCC_B3_N}}，將N個三相LC濾波器(30)的濾波電容輸出端C相電壓的第三輪采樣值的集合記為第三輪采樣PCC點C相電壓U_{PCC_C3},U_{PCC_C3}＝{U_{PCC_C3_1},U_{PCC_C3_2},...,U_{PCC_C3_N}}；

將N個流經三相線路阻抗(40)的A相電流的第三輪采樣值的集合記為第三次采樣PCC點A相電流I_{PCC_A3}，I_{PCC_A3}＝{I_{PCC_A3_1},I_{PCC_A3_2},...,I_{PCC_A3_N}}；將N個流經三相線路阻抗(40)的B相電流的第三輪采樣值的集合記為第三輪采樣PCC點B相電流I_{PCC_B3}，I_{PCC_B3}＝{I_{PCC_B3_1},I_{PCC_B3_2},...,I_{PCC_B3_N}}；將N個流經三相線路阻抗(40)的C相電流的第三輪采樣值的集合記為第三輪采樣PCC點C相電流I_{PCC_C3}，I_{PCC_C3}＝{I_{PCC_C3_1},I_{PCC_C3_2},...,I_{PCC_C3_N}}；

步驟5，記擾動產生的三相電壓響應分別為A相電壓響應ΔU_{PCC_A}、B相電壓響應ΔU_{PCC_B}和C相電壓響應ΔU_{PCC_C}，

ΔU_{PCC_A}＝U_{PCC_A3}-U_{PCC_A2}

ΔU_{PCC_B}＝U_{PCC_B3}-U_{PCC_B2}

ΔU_{PCC_C}＝U_{PCC_C3}-U_{PCC_C2}

記擾動產生的三相電流響應分別為A相電流響應ΔI_{PCC_A}、B相電流響應ΔI_{PCC_B}和C相電流響應ΔI_{PCC_C}，

ΔI_{PCC_A}＝I_{PCC_A3}-I_{PCC_A2}

ΔI_{PCC_B}＝I_{PCC_B3}-I_{PCC_B2}

ΔU_{PCC_C}＝I_{PCC_C3}-I_{PCC_C2}

步驟6，對步驟5得到的A相電壓響應ΔU_{PCC_A}、B相電壓響應ΔU_{PCC_B}和C相電壓響應ΔU_{PCC_C}在待辨識頻率f_identify進行傅里葉分析，求得擾動產生的A相電壓響應矢量B相電壓響應矢量和C相電壓響應矢量

其中，ΔU_{A_vector}是A相電壓響應矢量的模值，是A相電壓響應矢量的相角，ΔU_{B_vector}是B相電壓響應矢量的模值，是B相電壓響應矢量的相角，ΔU_{C_vector}是C相電壓響應矢量的模值，是C相電壓響應矢量的相角；

對步驟5得到的A相電流響應ΔI_{PCC_A}、B相電流響應ΔI_{PCC_B}和C相電流響應ΔI_{PCC_C}，在頻率為待測頻率f_identify進行傅里葉分析，求得擾動產生的A相電流響應矢量B相電流響應矢量和C相電流響應矢量

其中，ΔI_{A_vector}是A相電流響應矢量的模值，是A相電流響應矢量的相角，ΔI_{B_vector}是B相電流響應矢量的模值，是B相電流響應矢量的相角，ΔI_{C_vector}是C相電流響應矢量的模值，是C相電流響應矢量的相角；

步驟7：根據步驟6得到的A相電壓響應矢量B相電壓響應矢量C相電壓響應矢量和A相電流響應矢量B相電流響應矢量和C相電流響應矢量計算頻率為待測頻率f_identify的A相電網阻抗Z_A、B相電網阻抗Z_B和C相電網阻抗Z_C,計算式如下：

其中，|Z_A|為A相電網阻抗Z_A的模值，δ_A為A相電網阻抗Z_A的相角，R_gA為A相電網阻抗Z_A的阻性成分，L_gA為A相電網阻抗Z_A的感性成分；|Z_B|為B相電網阻抗Z_B的模值，δ_B為B相電網阻抗Z_B的相角，R_gB為B相電網阻抗Z_B的阻性成分，L_gB為B相電網阻抗Z_B的感性成分；|Z_C|為C相電網阻抗Z_C的模值，δ_C為C相電網阻抗Z_C的相角，R_gC為C相電網阻抗Z_C的阻性成分，L_gC為C相電網阻抗Z_C的感性成分；j是虛數單位，