基于双输入式改进型二阶广义积分器的频率检测优化方法研究.pdf
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1、:/基于双输入式改进型二阶广义积分器的频率检测优化方法研究黄太昱 韩伟 马伟东 刘超 党一奇(国网河南省电力公司电力科学研究院 河南 郑州)摘 要:针对复杂电网下分布式电源并网点电压易出现扰动、不平衡等非理想工况 对频率信息的准确检测产生不利影响的问题 利用改进型二阶广义积分器工作原理 提出基于双输入式改进型二阶广义积分原理构造的频率检测器 在频率扰动、电压三相幅值不平衡、直流分量偏移等复杂工况下 实现对频率信息的准确检测 仿真试验结果表明 所提方法在频率扰动、幅值不平衡、直流偏移工况下频率检测值超调量更小 且不会出现检测值振荡的情况 验证了其在频率检测动态性能方面的有效性和准确性关键词:分布
2、式电源 频率检测 二阶广义积分 不平衡中图分类号:文献标志码:文章编号:()基金项目:国网河南省电力公司科技项目()收稿日期:():.:引言分布式电源受规模和容量的限制 其并网点的电压等级相较于常规能源较低 电压波形并非理想正弦波且通常存在一定量的谐波 特别在电压不平衡工况下 会干扰相位、频率的检测精度 严重的将影响分布式电源变流器控制性能 此外 作为分布式发电并网保护重要组成的频率保护 确保频率信息的准确获取 是提高分布式电源频率保护可靠性、保障电网系统安全运行、促进清洁能源消纳的重要技术手段频率保护依赖于电压信号检测 分布式电源输出电压波形中通常含有较多谐波分量 现有分布式电源针对频率信号
3、的检测方法多采用锁频环第 卷第 期 湖 南 电 力 年 月()技 术 文 献 提出基于二阶广义积分器的锁相环结构()其带通滤波器的特性在固定电网频率下能够有效过滤高频分量 但在频率出现偏差时其跟踪特性会受到一定影响 文献 提出一种基于固定频率二阶广义积分的单相锁频环结构 克服了单相并网工况下电网受干扰后正交信号不等幅的问题 文献 提出一种基于双二阶广义积分器的基波正序分量检测方法 利用正交信号构造出正负序分量计算模块 在稳定频率下具有良好的动稳态性能本文采用改进的 结构 结合双二阶广义积分器输入结构 提出一种基于双输入式改进型二阶广义积分原理构造的频率检测方法 以提高频率检测器在电压信息频率突
4、变、三相不平衡干扰、直流分量偏移等复杂工况下的频率检测值的准确性 并通过仿真验证所提方法的有效性 基于二阶广义积分的锁频环 的基本原理基于二阶广义积分的正交信号发生器结构原理如图 所示 包括输入信号 中心频率 输出信号、图 基于二阶广义积分的正交信号发生器输出信号传递函数可表示为:()()()()()()()增益系数 可按式()进行计算:/()()式中 为调节时间在中心频率处()、()均为单位增益且()与输入相位相同()滞后()相位 与之形成幅值相等的正交信号为保证系统整定时间和动态响应超调之间关系最优 通常取增益系数 系统频率 为 /时 绘出上述取值后的系统传递函数()、()伯德图如图 所示
5、图 系统传递函数()和()伯德图 的构造在 结构引入 环节 通过误差信号 调节 的中心频率 以实现检测频率的自适应调节 误差信号传递函数可表示为:()()()()式中 为检测频率 结构如图 所示 频率误差 为 与 的乘积 其特点在于中心频率为系统输出频率检测值 利用积分控制器实现检测频率 与输入频率 的一致 其中增益 取值为 同时将标准工频电网频率值(系统频率)前馈至频率检测输出值 以提高检测频率值同步速度图 基于二阶广义积分的锁频环 增益系数 不同取值下 ()伯德图如图 所示 值越小滤波性能越好 反之滤波性能降低 本文 取 由图 可知 当 时 的平均值小于 最终实现利用频率误差变量完成频率跟
6、踪的功能第 卷第 期 黄太昱等:基于双输入式改进型二阶广义积分器的频率检测优化方法研究 年 月图 取不同值时()的伯德图 改进的二阶广义积分的基本原理传统 动态性能易受直流分量、谐波等干扰而降低 文献 提出一种改进型二阶广义积分锁频环()以消除直流分量、谐波等影响 提高频率检测器的动态性能 结构如图 所示图 改进型二阶广义积分锁频环输出信号传递函数可表示为:()()()()()()()()式中 /、代表坐标系 改进的二阶广义积分的锁频环 双输入改进型二阶广义积分结构针对传统基于同步参考系的锁频环因电压信号不理想导致性能较差的问题 基于双同步参考坐标系工作原理 提出一种基于双输入式改进型二阶广义
7、积分原理()的检测结构 实现非理想工况下电压信息的正、负序分量分离 进而检测正序分量的相位及频率等信息 结构如图 所示图 双改进二阶广义积分结构在非理想工况下 将电网电压在两相静止坐标系中经 结构进行滤波后构造出正交信号进而通过 结构获得滤除直流偏移分量的正、负序电压分量下面论述所提方法能够抑制直流分量的工作原理 假设输入信号为()为电压直 流 分 量 为 电 压 基 波 分 量 幅 值 则 经 后输出信号:()/()()()()()()()()稳态下 则输出信号为:()()()()()()所提结构对直流分量具有抑制效果 的结构通过将误差信号 与正交电压 相乘得到频率误差信号 并经控制器环节输
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