[發明專利]快速延時信號相消濾波方法、裝置、設備及存儲介質

在審

• 申請號: 202111298486.8
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN114024314A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 李希年;梁文科;金杰
• 申請（專利權）人: 山東工商學院
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 北京正和明知識產權代理事務所(普通合伙) 11845
• 代理人: 孫晟

本發明公開了一種適用于三相系統的快速延時信號相消濾波方法，包括，設置延時Δt與參數m，通過采樣三個電網電壓信號u(t)、u(t–Δt)和u(t–2Δt)，基于電壓的矢量性，使三個采樣中的諧波構成矢量三角形，則有u(t)–u(t–2Δt)＝m×ju(t–Δt)，從而消除了該諧波；m為濾波參數；j為旋轉因子；–ju(t–Δt)為滯后u(t–Δt)90°的正交信號；u(t)為當前時刻電壓，u(t–Δt)與u(t–2Δt)為兩個滯后時刻的采樣電壓；本方法通過三次采樣，可以基于任意短的延時消除一種諧波，也可以一次抑制一組諧波。與經典延時法相比，本方法具有更強的濾除諧波的能力。

技術領域

本申請涉及并網發電領域，尤其涉及快速延時信號相消濾波方法、裝置、設備及存儲介質。

背景技術

太陽能與風能等可再生能源并網發電利用鎖相環(phase-locked loop，PLL)實時計算電網電壓的同步信息。其中基于同步旋轉坐標變換的鎖相環(Synchronous ReferenceFrame PLL,SRF-PLL)通過Park變換，將基波交流量變為同步參考坐標系下的直流量，利用一組控制參數計算電網電壓的幅值、相角與頻率。與其不同，增強型鎖相環(Enhanced-PLL，EPLL)采用兩組參數分別估算電壓的幅值與相角，減小耦合，提高了系統魯棒性。

兩者均能夠準確計算理想三相對稱電壓的同步信息。但是，電網電壓的不對稱與諧波畸變造成鎖相環鑒相器信號的周期振蕩，導致計算偏差。環路濾波法可以有效抑制諧波振蕩，但位于系統閉環內部，導致大的相位延遲，惡化鎖相環的動態性能。相比之下，位于abc或αβ坐標系下的前置濾波方法直接提取電網電壓的基波正序分量，不影響閉環系統的暫態性能。

瞬時對稱分量變換是一種經典的前置濾波方法，通過構造瞬時電壓的正交信號，在時域內實現不對稱電壓正序與負序分量的計算。如，文獻《改進瞬時對稱分量法及其在正負序電量檢測中的應用》提出基于延時構造正交信號的瞬時對稱分量法。文獻《Astationary reference frame grid synchronization system for three-phase grid-connected power converters under adverse grid conditions》、《Multiresonantfrequency-locked loop for grid synchronization of power converters underdistorted grid conditions》和《An adaptive prefiltering method to improve thespeed/accuracy tradeoff of voltage sequence detection methods under adversegrid conditions》利用二階廣義積分器的輸出信號超前輸入信號90°的特點實現瞬時對稱分量變換。

此外，自適應陷波器、卡爾曼濾波與Hilbert變換等方法均可用于構造正交信號，實現不對稱電壓的瞬時對稱分量分解。

上述方法均可以準確提取不對稱電壓的正序分量，但是計算量大，并且濾波時間長。相比之下，延時信號相消法(delayed signal cancellation，DSC)的原理簡單、計算量小，應用廣泛。其中基于1/4基波周期延時的DSC不僅能夠分離不對稱電壓的正序與負序分量，還能夠消除一組諧波，是一種增強型瞬時對稱分量法。將多個不同延時的DSC算子級聯則可以準確提取畸變不對稱電壓的基波正序分量，然而其總的濾波時間高達1/2基波周期，影響系統的動態性能。

針對此，文獻《基于改進濾波及正負序分離法的鎖相環》提出了改進DSC法，每個算子能夠更加快速地消除一種諧波；但當電網電壓含有多種諧波并且控制器的計算能力弱時，該方法的優勢不明顯。文獻《A PLL based on improved filter and sequencedetection method》則根據實際電網電壓的畸變情況，優化級聯的DSC算子數量；然而，該方法的濾波時間仍然大于1/4基波周期。

發明內容