CN113804949A - 一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于交流电源应用领域，特别涉及一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法及装置。该方法包括：步骤S1、对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；步骤S2、对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；步骤S3、对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的幅值；步骤S4、根据所述输入信号的幅值执行相应的过频或欠频保护。本申请能够实现正弦信号有效值的快速跟踪，且提高了***的鲁棒性。
Description
技术领域
本申请属于交流电源应用领域，特别涉及一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法及装置。
背景技术
三相交流电压有效值的获得作为调压控制***的反馈量直接影响着***的控制性能。此外，为提高发电***输出的电能质量和***可靠性，需要实时检测发电***调压点的电压并执行相应的过压和欠压保护。如何高效、准确的获取交流电源有效值，目前的主要方法有：
瞬时值法：
显然，上式仅在三相对称负载下成立。无法处理三相不平衡信号，且无法滤除输入信号的谐波分量。
积分法：
根据一个周期内的均方根可以得到：
由于积分的存在必然造成信号的延时，且必须已知信号的周期，需要增加额外的测频工作。
半周期积分法：
考虑电压波形的周期性及对称性，有：
虽然，相对于积分法提升了响应速度，但并没有避免累积以及周期获取的问题，这一点在变频***下更加突出。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法及装置，根据正交函数集可以合成任何信号的原理，提供一种快速确定信号幅值的方法。
本申请第一方面提供了一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法，主要包括：
步骤S1、对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；
步骤S2、对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；
步骤S3、对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的有效值；
步骤S4、根据所述输入信号的有效值执行相应的过频或欠频保护；
其中，
参数ωn为无阻尼自然震荡频率，ζ为***阻尼，
优选的是，步骤S1之前，进一步包括：
获得交流输入信号r(t)，并取其绝对值r1(t)；
对交流输入信号r1(t)进行拉氏变换，获得交流信号源R(s)。
优选的是，所述第一传递函数G1(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为1.1。
优选的是，所述第二传递函数G2(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为0.707。
本申请第二方面提供了一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定装置，主要包括：
第一传递模块，用于对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；
第二传递模块，用于对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；
输出变换模块，用于对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的有效值；
频率保护模块，用于根据所述输入信号的有效值执行相应的过频或欠频保护；
其中，
参数ωn为无阻尼自然震荡频率，ζ为***阻尼，
优选的是，该装置还包括：
交流输入信号获取单元，用于获得交流输入信号r(t)，并取其绝对值r1(t)；
拉氏变换单元，用于对交流输入信号r1(t)进行拉氏变换，获得交流信号源R(s)。
优选的是，所述第一传递函数G1(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为1.1。
优选的是，所述第二传递函数G2(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为0.707。
本申请利用了傅里叶变换和滤波器的设计思想，利用瞬时数据，实现正弦信号有效值的快速跟踪，且算法的滤波特性明显提高了***的鲁棒性。
附图说明
图1是本申请适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法的流程图。
图2是输入信号示意图。
图3是针对图2的输入信号的工况一输出信号示意图。
图4是针对图2的输入信号的工况二输出信号示意图。
图5是针对图2的输入信号的工况三输出信号示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，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方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请第一方面提供了一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法，是一种电源幅值的快速计算方法，如图1所示，该方法主要包括：
步骤S1、对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；
步骤S2、对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；
步骤S3、对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的有效值；
步骤S4、根据所述输入信号的有效值执行相应的过频或欠频保护；
其中，
参数ωn为无阻尼自然震荡频率，ζ为***阻尼，
这里对本申请的原理进行说明。
根据正交集的物理意义(正交函数集可以合成任何信号)，因此：
因此，对该信号进行滤波处理，即可得到与频率无关的信息a0。可以证明的是a0是与输入信号幅值相关的变量。
对于周期函数f(x)(周期为2π)：
因此：
当f(x)＝|Asin(x)|时：
至此，即可获得输入信号的幅值。
在一些可选实施方式中，步骤S1之前，进一步包括：
获得交流输入信号r(t)，并取其绝对值r1(t)；
对交流输入信号r1(t)进行拉氏变换，获得交流信号源R(s)。
本申请取输入的交流信号源r(t)的绝对值，得到信号r1(t)，即：
r1(t)＝|r(t)|
将r1(t)信号作为G1(s)的输入，输出信号为r2(t)，即
式中，R1(s)和R2(s)分别表示输入信号r1(t)和输出信号r2(t)的拉氏变化，G1(s)为二阶巴特沃斯低通滤波器(G1(s)可以选择其他具有低通滤波性质的传递函数形式)。
将r2(t)信号乘以比例因子K作为G2(s)的输入，输出信号为y(t)，即
式中，R2(s)和Y(s)分别表示输入信号r2(t)和输出信号y(t)的拉氏变化，G2(s)为二阶巴特沃斯低通滤波器(G2(s)可以选择其他具有低通滤波性质的传递函数形式)。
G1(s)的滤波对象是正弦信号的绝对值，相当于大脉动的直流信号；G2(s)的滤波对象是相对平滑的正弦有效值信号。因此可以根据不同的滤波对象，选择合适的滤波形式和滤波参数。
设定输入交流信号有效值为115V，频率为583Hz，即：
***响应快速性与稳态指标相互矛盾，可以根据实际需求调节***阻尼与截止频率作折中处理。因此，在一些可选实施方式中，所述第一传递函数G1(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为1.1。在一些可选实施方式中，所述第二传递函数G2(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为0.707。据此，两个滤波器分别为：
为了充分说明本算法的鲁棒性和有效性，测试以下工况的算法的输出，三个工况分别如图3-5，输入信号见图2，图2中，相对平滑的线为有畸变的曲线，另一条线为无畸变曲线，图3中位于上侧的线为有畸变曲线，位于下侧的线为无畸变的曲线，可见在输入信号畸变的情况下，算法计算结果的偏差仅为0.17％；在输入信号突变(频率或幅值)的情况下，输出也能快速跟踪。
工况一：畸变的输入信号(A相加入幅值变化0.1pu的10次负序谐波；B相加入1次负序谐波)；
工况二：0.2s时，输入信号频率突变167Hz；
工况三：0.2s时，输入信号幅值突变0.1pu。
本申请提出了一种适用于宽变频交流发电***电源幅值的计算算法，该算法利用了傅里叶变换和滤波器的设计思想，利用瞬时数据，实现正弦信号有效值的快速跟踪。本算法在DSP28335处理器平台上实现仅仅需要800ns，若舍去二级滤波(牺牲一定的精度)，则仅仅450ns即可获得输入信号的有效值。此外，算法的滤波特性将明显的提高了***鲁棒性，测试结果如图3-5所示。
本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的适用于宽变频交流发电***的幅值确定装置，主要包括：
第一传递模块，用于对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；
第二传递模块，用于对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；
输出变换模块，用于对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的有效值；
频率保护模块，用于根据所述输入信号的有效值执行相应的过频或欠频保护；
其中，
参数ωn为无阻尼自然震荡频率，ζ为***阻尼，
在一些可选实施方式中，该装置还包括：
交流输入信号获取单元，用于获得交流输入信号r(t)，并取其绝对值r1(t)；
拉氏变换单元，用于对交流输入信号r1(t)进行拉氏变换，获得交流信号源R(s)。
在一些可选实施方式中，所述第一传递函数G1(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为1.1。
在一些可选实施方式中，所述第二传递函数G2(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为0.707。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法，其特征在于，包括：
步骤S1、对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；
步骤S2、对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；
步骤S3、对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的有效值；
步骤S4、根据所述输入信号的有效值执行相应的过频或欠频保护；
其中，
参数ωn为无阻尼自然震荡频率，ζ为***阻尼，
2.如权利要求1所述的适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法，其特征在于，步骤S1之前，进一步包括：
获得交流输入信号r(t)，并取其绝对值r1(t)；
对交流输入信号r1(t)进行拉氏变换，获得交流信号源R(s)。
3.如权利要求1所述的适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法，其特征在于，所述第一传递函数G1(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为1.1。
4.如权利要求1所述的适用于宽变频交流发电***的幅值确定方法，其特征在于，所述第二传递函数G2(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为0.707。
5.一种适用于宽变频交流发电***的幅值确定装置，其特征在于，包括：
第一传递模块，用于对输入的交流信号源R(s)，经过第一传递函数G1(s)得到第一输出信号R1(s)；
第二传递模块，用于对所述第一输出信号乘以比例因子K，之后经过第二传递函数G2(s)，得到第二输出信号Y(s)；
输出变换模块，用于对所述第二输出信号Y(s)进行反拉氏变换获得输入信号的有效值；
频率保护模块，用于根据所述输入信号的有效值执行相应的过频或欠频保护；
其中，
参数ωn为无阻尼自然震荡频率，ζ为***阻尼，
6.如权利要求5所述的适用于宽变频交流发电***的幅值确定装置，其特征在于，该装置还包括：
交流输入信号获取单元，用于获得交流输入信号r(t)，并取其绝对值r1(t)；
拉氏变换单元，用于对交流输入信号r1(t)进行拉氏变换，获得交流信号源R(s)。
7.如权利要求5所述的适用于宽变频交流发电***的幅值确定装置，其特征在于，所述第一传递函数G1(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为1.1。
8.如权利要求5所述的适用于宽变频交流发电***的幅值确定装置，其特征在于，所述第二传递函数G2(s)中，无阻尼自然震荡频率ωn为300π、***阻尼ζ为0.707。
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