一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器及实现方法.pdf

本发明涉及一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器及实现方法，负序抑制器的正负序电压电流检测模块的三相分别对应与异步电机机端的三相连接；负序抑制波形产生模块的输入侧通过调压器接入电网；负序抑制器的供电电源模块与电网连接。本发明提供的技术方案通过实时采集得到电机运行时机端电压正、负序分量及不平衡度；通过微机计算处理，向负序抑制器发出相应控制指令，产生用于抑制异步电机负序分量的电压波形，从而降低负序分量对异步电机的不利影响。此外，如果检测到机端电压不平衡度及定子单相最大电流超出安全极限运行范围，则发出报警信号，切断异步电机电源，确保异步电机安全运行。

权利要求书1.  一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器，其特征在于，所述负序抑制器包括相 互连接的正负序电压电流检测模块和负序抑制波形产生模块；所述正负序电压电流检测模块 的三相分别对应与异步电机机端的三相连接；所述负序抑制波形产生模块的输出侧通过并联 接入异步电机电源输入端；所述正负序电压电流检测模块与负序抑制波形产生模块中的比较 环节连接；所述负序抑制器的供电电源由电网提供。 2.  如权利要求1所述的异步电机负序抑制器，其特征在于，所述正负序电压电流检测模 块包括用于控制异步电机供电电源开关K的闭合和打开的第一控制模块； 所述正负序电压电流检测模块利用坐标变换及最小二乘法计算异步电机机端三相电压的 正负序分量幅值与相位； 所述负序抑制波形产生模块包括依次连接的整流逆变模块、比较环节和第二控制模块； 所述整流逆变模块包括整流环节、滤波环节和逆变环节；所述整流环节、滤波环节中的电容 器和逆变环节并联； 所述负序抑制波形产生模块根据检测到的负序电压幅值与相位，并利用整流逆变模块产 生三相负序抑制电压波形。 3.  如权利要求1所述的异步电机负序抑制器，其特征在于，所述整流环节由三相级联的 子模块组成；每相均并联有二极管串联支路； 所述滤波环节包括电抗器和电容器；所述电抗器的两端分别与电容器的一端和逆变环节 中一相的一端连接； 所述逆变环节由三相二极管串联支路组成；所述二极管串联支路由串联的二极管组成。 4.  如权利要求1所述的异步电机负序抑制器，其特征在于，所述供电电源包括：采用电 网电源及超级电容储能装置获得。 5.  如权利要求1中任一项所述的异步电机负序抑制器，其特征在于，所述负序抑制器的 保护动作机理为：当异步电机电源三相电压不平衡度在0～5％之间时，负序抑制器正常工作， 产生出用于抑制异步电机电源中负序分量的三相电压波形；当异步电机电源三相电压不平衡 度大于5％且定子最大单相电流Imax>IN时，第一控制模块则发出预警信号，并同时切断异步 电机供电电源开关K，Imax＝max{IA、IB、IC}，其中IA、IB、IC分别为异步电机定子三相电流 有效值；若Imax≤IN时，则负序抑制器正常工作，继续监测异步电机电源三相电压不平衡度及 定子单相最大电流值。 6.  一种如权利要求1-5中任一项所述的电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器的实现 方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤： ①获得异步电机正负序电压幅值与相位、电压不平衡度及定子单相最大电流； ②负序抑制器产生出抑制异步电机负序分量的三相电压波形。 7.  如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述步骤①中，正负序电压电流检测模 块实时采集异步电机机端三相绕组电压幅值与相位，并利用基于复最小二乘的检测算法求得 绕组电压的负序分量幅值及相位，计算出电压不平衡度，得到异步电机定子单相最大电流。 8.  如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，在电力系统中，异步电机机端无零序分 量的不平衡三相电压表示为以下离散形式： 式中，ω表示电源角频率；Um+、Um-表示电压正负序分量的幅值；表示电压正负序 分量的初始相角；ΔT表示采样间隔；k表示采样瞬时值；εa(k)、εb(k)、εc(k)表示随机噪声和高 次谐波的任意组合；电源电压在αβ坐标系下的分量为： U α ( k ) U β ( k ) = 2 3 1 - 1 2 - 1 2 0 3 2 - 3 2 U a ( k ) U b ( k ) U c ( k ) - - - ( 2 ) ; ]]> 根据上式(2)获得复电压向量： 式中，第一项和第二项分别表示电源电压正、负序相量，第三项表示随机噪声和高次谐 波经过坐标变换后的合成相量； 假设电源频率为已知，将上式(3)表示成： U ( k ) = e jωkΔT U dq + + e - jωkΔT U dq - + η ( k ) - - - ( 4 ) ; ]]> 式中： 下标d和q代表在同步旋转坐标系下的变量，将式(4)表示的三相不平衡电压变换成矩 阵形式： U(k)＝hTθ+η(k)        (6)； 式中： 采用带遗忘因子的递推复最小二乘算法，选择价值函数为： J [ θ ( k ) ] = Σ j = 0 k λ k - j ( U ( j ) - h T ( j ) θ ( j ) ) * T ( U ( j ) - h T ( j ) θ ( j ) ) - - - ( 8 ) ; ]]> 式中，λ为遗忘因子，λ∈(0,1]；上标“*”和“T”分别表示复数矩阵的共轭和转置。求 得使价值函数最小化的θ，使用式(9)所示的带遗忘因子的递推最小二乘法： θ ^ ( k ) = θ ^ ( k - 1 ) + K ( k ) [ U ( k ) - h T ( k ) θ ^ ( k - 1 ) ] K ( k ) = P ( k - 1 ) h ( k ) [ h T ( k ) P ( k - 1 ) h ( k ) + λ ] - 1 P ( k ) = λ - 1 [ I - P ( k - 1 ) h ( k ) h T ( k ) h T ( k ) P ( k - 1 ) h ( k ) + λ ] P ( k - 1 ) - - - ( 9 ) ; ]]> 将初始参数取为： θ ^ ( 0 ) = 0 0 P ( 0 ) = π 0 I - - - ( 10 ) ; ]]> 式中，π0为初始误差协方差常数，π0>0；I为单位矩阵；正序dq轴分量和负序dq轴分量 两者的关系如下： 采用估计误差协方差复位技术防止估计误差协方差矩阵P(k)趋于零：首先确定阈值，当 估计误差协方差矩阵P(k)复位成初始值π0I；每次电源电压发生突变时，正负序电压电流检测 模块都具有最初的修正能力； 采用滞环比较的方法决定复位时刻，滞环宽度由电压中含有的谐波和噪声决定； 所述正负序检测模块使用IEC电压不平衡度定义，其计算公式如下： VUF = | U N | | U P | - - - ( 12 ) ; ]]> 式中：UN—负序电压矢量形式， U N = 1 3 ( U a + a 2 U b + a U c ) ; ]]>UP—正序电压矢量形式， U P = 1 3 ( U a + a U b + a 2 U c ) ; ]]>a—系数，Ua、Ub、Uc—异步电机定子绕组三相电压矢量形式。 9.  如权利要求6所述的实现方法，其特征在于，所述步骤②中，负序抑制波形产生模块 通过计算机控制整流逆变模块，使负序抑制器产生出抑制异步电机负序分量的三相电压波形； 包括下述步骤： 1)整流逆变模块输入侧由电网经调压器供给三相电源，根据需求调节三相输入电压值； 2)由整流逆变模块输出的三相抑制电压波形，经电压幅值及相位检测后，输出抑制波形 电压幅值U–及相位3)由比较环节对U–、与Um–、进行比较，并输出负序电压幅值误差eu及相位误 差4)将负序电压幅值误差eu及相位误差输送至第二控制模块，第二控制模块根据误差 值发出控制命令，调节整流逆变模块中电力电子器件的开通及关断时间，然后重新输出修正 后的三相电压负序抑制波形，以此往复循环，使所产生的负序抑制波形能够抵消异步电机定 子绕组中的负序分量，降低由其引起的附加损耗，使异步电机安全运行。

说明书一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器及实现方法
技术领域
本发明涉及一种负序抑制器及其实现方法，具体讲涉及一种电压不平衡条件下的异步电 机负序抑制器及实现方法。
背景技术
电网电压不平衡主要由电网中单相负载三相分布不均所造成，此时供电系统中存在一定 的负序分量，而负序对电力系统危害极大，威胁电力系统的安全和经济运行。负序电流对发 电、输电、变电、配电和用电设备的运行都会带来较大的危害，主要体现在：
1)增大同步发电机附加损耗和转子发热，并引起附加振动；
2)使得电力系统中以负序分量启动的继电器保护装置误动作，当负序电流作用时间较长 时，常规的距离保护就要转入闭锁状态，使一段时间内距离保护的快速动作段退出运行；
3)负序电流造成三相电流不平衡，从而使电力变压器三相电流中有一相电流最大而限制 了变压器的额定出力，降低了其有效利用率，另外，还造成变压器漏磁增加和局部过热；
4)电压不平衡时，必然会出现某相电压过高或过低，因此可导致单相用电设备过电压或 欠电压运行，若为三相用电设备，例如最典型的三相异步电动机，会出现输出能力降低、损 耗增加、发热严重及振动等不良影响，均造成电能浪费，也影响到用电设备的安全运行，甚 至造成工业运行中断及重大经济损失。
作为风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备驱动装置的电机，广泛应用于冶金、 石化、化工、煤炭、建材、公用设施等多个行业和领域，是用电量最大的耗电设备。据统计， 在我国电动机所消耗电能占全社会总用电量的60％以上。而异步电动机由于其价格低廉与性 能优越的特点，在工业各个领域得到广泛应用。如果电网电压中存在三相电压不平衡现象， 会导致能耗增加、温升加剧、寿命降低等不利影响，严重情况下会危及电动机安全运行，影 响正常生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制 器及实现方法，本发明提供的技术方案通过采集异步电机绕组三相电压、电流，并快速计算 得到正、负序电压与电流，计算出电压不平衡度。然后利用电力电子技术，产生用于能够与 负序分量相互抵消的电压波形，达到抑制电网中负序分量的目的，从而消除电压不平衡时负 序分量对异步电机的不利影响。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明还提供一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器，其改进之处在于，所述负 序抑制器包括相互连接的正负序电压电流检测模块和负序抑制波形产生模块；所述正负序电 压电流检测模块的三相分别对应与异步电机机端的三相连接；所述负序抑制波形产生模块的 输出侧通过并联接入异步电机电源输入端；所述正负序电压电流检测模块与负序抑制波形产 生模块中的比较环节连接；所述负序抑制器的供电电源由电网提供。
进一步地，所述正负序电压电流检测模块包括第一控制模块，用于控制异步电机供电电 源开关K的闭合和打开；
所述正负序电压电流检测模块利用坐标变换及最小二乘法计算异步电机机端三相电压的 正负序分量幅值与相位；
所述负序抑制波形产生模块包括依次连接的整流逆变模块、比较环节和第二控制模块； 所述整流逆变模块包括整流环节、滤波环节和逆变环节；所述整流环节、滤波环节中的电容 器和逆变环节并联；
所述负序抑制波形产生模块根据检测到的负序电压幅值与相位，并利用整流逆变模块产 生三相负序抑制电压波形。
进一步地，所述整流环节由三相级联的子模块组成；每相均并联有二极管串联支路；
所述滤波环节包括电抗器和电容器；所述电抗器的两端分别与电容器的一端和逆变环节 中一相的一端连接；
所述逆变环节由三相二极管串联支路组成；所述二极管串联支路由串联的二极管组成。
进一步地，所述供电电源包括：采用电网电源及超级电容储能装置获得。
进一步地，所述负序抑制器的保护动作机理为：当异步电机电源三相电压不平衡度在 0～5％之间时，负序抑制器正常工作，产生出用于抑制异步电机电源中负序分量的三相电压波 形；当异步电机电源三相电压不平衡度大于5％且定子最大单相电流Imax>IN时，第一控制模 块则发出预警信号，并同时切断异步电机供电电源开关K，Imax＝max{IA、IB、IC}，其中IA、 IB、IC分别为异步电机定子三相电流有效值；若Imax≤IN时，则负序抑制器正常工作，继续监 测异步电机电源三相电压不平衡度及定子单相最大电流值。
本发明还提供一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器的实现方法，其改进之处在 于，所述方法包括下述步骤：
①获得异步电机正负序电压幅值与相位、电压不平衡度及定子单相最大电流；
②负序抑制器产生出抑制异步电机负序分量的三相电压波形。
进一步地，所述步骤①中，正负序电压电流检测模块实时采集异步电机机端三相绕组电 压幅值与相位，并利用基于复最小二乘的检测算法求得绕组电压的负序分量幅值及相位，计 算出电压不平衡度，得到异步电机定子单相最大电流。
进一步地，在电力系统中，异步电机机端无零序分量的不平衡三相电压表示为以下离散 形式：

式中，ω表示电源角频率；Um+、Um-表示电压正负序分量的幅值；表示电压正负序 分量的初始相角；ΔT表示采样间隔；k表示采样瞬时值；εa(k)、εb(k)、εc(k)表示随机噪声和高 次谐波的任意组合；电源电压在αβ坐标系下的分量为：
U α ( k ) U β ( k ) = 2 3 1 - 1 2 - 1 2 0 3 2 - 3 2 U a ( k ) U b ( k ) U c ( k ) - - - ( 2 ) ; ]]>
根据上式(2)获得复电压向量：

式中，第一项和第二项分别表示电源电压正、负序相量，第三项表示随机噪声和高次谐 波经过坐标变换后的合成相量；
假设电源频率为已知，将上式(3)表示成：
U ( k ) = e jωkΔT U dq + + e - jωkΔT U dq - + η ( k ) - - - ( 4 ) ; ]]>
式中：

下标d和q代表在同步旋转坐标系下的变量，将式(4)表示的三相不平衡电压变换成矩 阵形式：
U(k)＝hTθ+η(k)   (6)；
式中：

采用带遗忘因子的递推复最小二乘算法，选择价值函数为：
J [ θ ( k ) ] = Σ j = 0 k λ k - j ( U ( j ) - h T ( j ) θ ( j ) ) * T ( U ( j ) - h T ( j ) θ ( j ) ) - - - ( 8 ) ; ]]>
式中，λ为遗忘因子，λ∈(0,1]；上标“*”和“T”分别表示复数矩阵的共轭和转置。求 得使价值函数最小化的θ，使用式(9)所示的带遗忘因子的递推最小二乘法：
θ ^ ( k ) = θ ^ ( k - 1 ) + K ( k ) [ U ( k ) - h T ( k ) θ ^ ( k - 1 ) ] K ( k ) = P ( k - 1 ) h ( k ) [ h T ( k ) P ( k - 1 ) h ( k ) + λ ] - 1 P ( k ) = λ - 1 [ I - P ( k - 1 ) h ( k ) h T ( k ) h T ( k ) P ( k - 1 ) h ( k ) + λ ] P ( k - 1 ) - - - ( 9 ) ; ]]>
将初始参数取为：
θ ^ ( 0 ) = 0 0 P ( 0 ) = π 0 I - - - ( 10 ) ; ]]>
式中，π0为初始误差协方差常数，π0>0；I为单位矩阵；正序dq轴分量和负序dq轴分量 两者的关系如下：

采用估计误差协方差复位技术防止估计误差协方差矩阵P(k)趋于零：首先确定阈值，当 估计误差协方差矩阵P(k)复位成初始值π0I；每次电源电压发生突变时，正负序电压电流检测 模块都具有最初的修正能力；
采用滞环比较的方法决定复位时刻，滞环宽度由电压中含有的谐波和噪声决定；
所述正负序检测模块使用IEC电压不平衡度定义，其计算公式如下：
VUF = | U N | | U P | - - - ( 12 ) ; ]]>
式中：UN—负序电压矢量形式，
UP—正序电压矢量形式， U P = 1 3 ( U a + a U b + a 2 U c ) ; ]]>
a—系数，
Ua、Ub、Uc—异步电机定子绕组三相电压矢量形式。
进一步地，所述步骤②中，负序抑制波形产生模块通过计算机控制整流逆变模块，使负 序抑制器产生出抑制异步电机负序分量的三相电压波形；包括下述步骤：
1)整流逆变模块输入侧由电网经调压器供给三相电源，根据需求调节三相输入电压值；
2)由整流逆变模块输出的三相抑制电压波形，经电压幅值及相位检测后，输出抑制波形 电压幅值U–及相位
3)由比较环节对U–、与Um–、进行比较，并输出负序电压幅值误差eu及相位误 差
4)将负序电压幅值误差eu及相位误差输送至第二控制模块，第二控制模块根据误差 值发出控制命令，调节整流逆变模块中电力电子器件的开通及关断时间，然后重新输出修正 后的三相电压负序抑制波形，以此往复循环，使所产生的负序抑制波形能够抵消异步电机定 子绕组中的负序分量，降低由其引起的附加损耗，使异步电机安全运行。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
1、本发明提供的电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器及实现方法，主要通过采集异 步电机绕组三相电压、电流，并快速计算得到正、负序电压与电流，计算出电压不平衡度。 然后利用电力电子技术，自动调节自身电压幅值、相位，产生出用于抵消异步电机电源中的 负序分量的三相电压波形，达到抑制电网中负序分量的目的，从而消除电压不平衡时负序分 量对异步电机的不利影响，达到降低电机能耗，延长电机使用寿命，维护电机安全运行的目 的，对我国推进节能减排计划具有重要实际意义。
2、该负序抑制器可以在线实时准确监测到异步电动机电源中负序电压幅值、相位，并计 算出电压不平衡度，得到定子最大单相电流值。
3、该负序抑制器利用超级电容器组作为备用电源，一定程度上减小对电网电能质量的影 响。
4、另外，本发明结合电动机行业国家标准中对电压不平衡度的限值要求，满足了该范围 内的保护需求，使得异步电机在电压不平衡条件下高效安全运行。
附图说明
图1是本发明提供的负序抑制器及其与异步电机连接结构示意图；
图2是本发明提供的负序抑制波形产生过程示意图；
图3是本发明提供的负序抑制器动作机理示意图；
图4是未采用本发明负序抑制器时的三相不平衡电压、电流波形图，其中(a)为三相不 平衡电压波形图；其中(b)为三相不平衡电流波形图；
图5是采用本发明中负序抑制器后的三相电压、电流波形图；其中(a)为采用本发明中 负序抑制器后的三相不平衡电压波形图；其中(b)为采用本发明中负序抑制器后的三相不平 衡电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明通过实时采集得到电机运行时机端电压正、负序分量及不平衡度；通过微机计算 处理，向负序抑制器发出相应控制指令，产生用于抑制异步电机负序分量的电压波形，从而 降低负序分量对异步电机的不利影响。此外，如果检测到机端电压不平衡度及定子单相最大 电流超出安全极限运行范围，则发出报警信号，切断异步电机电源，确保电机安全运行。
本发明提供的负序抑制器具有正负序电压电流检测模块及负序抑制波形产生模块，其中 正负序电压电流模块主要利用坐标变换及最小二乘算法计算出异步电机机端三相电压的正负 序分量幅值与相位，而负序抑制波形产生模块则根据检测到的负序电压幅值与相位，并利用 整流、滤波及逆变环节产生出三相负序抑制电压波形。负序抑制器与异步电机连接结构图如 图1所示。正负序电压电流检测模块的三相分别对应与异步电机机端的三相连接；所述负序 抑制波形产生模块的输入侧通过调压器接入电网；所述正负序电压电流检测模块与负序抑制 波形产生模块中的比较环节连接；所述负序抑制器的供电电源由电网提供。
所述正负序电压电流检测模块包括第一控制模块，用于控制异步电机供电电源开关K的 闭合和打开；所述负序抑制波形产生模块包括依次连接的整流逆变模块、比较环节和第二控 制模块；所述整流逆变模块包括整流环节、滤波环节和逆变环节；所述整流环节、滤波环节 中的电容器和逆变环节并联；
所述整流环节由三相级联的子模块组成；每相均并联有二极管串联支路；所述滤波环节包 括电抗器和超级电容器组；所述电抗器的两端分别与超级电容器组的一端和逆变环节中一相 的一端连接；所述逆变环节由三相二极管串联支路组成；所述二极管串联支路由串联的二极 管组成。
本发明还提供一种电压不平衡条件下的异步电机负序抑制器的实现方法，包括下述步骤：
①获得异步电机正负序电压、电压不平衡度及定子单相最大电流；
在负序抑制器及其与异步电机连接结构图基础上，选择在异步电机机端采集三相绕组电 压、电流，包含幅值与相位，然后利用一种基于复最小二乘的检测算法，该算法可以在含有 高次谐波和随机噪声的情况下，准确快速地检测出机端电压的正负序分量的幅值与相角。
在电力系统中，只考虑三相三线制系统，是不存在零序分量的，所以可以将零序分量忽 略。无零序分量的不平衡三相电压可以表示为以下离散形式：

式中，ω表示电源角频率；Um+、Um-表示电压正负序分量的幅值；表示电压正负序 分量的初始相角；ΔT表示采样间隔；k表示采样瞬时值；εa(k)、εb(k)、εc(k)表示随机噪声和高 次谐波的任意组合。电源电压在αβ坐标系下的分量为：
U α ( k ) U β ( k ) = 2 3 1 - 1 2 - 1 2 0 3 2 - 3 2 U a ( k ) U b ( k ) U c ( k ) - - - ( 2 ) ; ]]>
根据上式可获得一个复电压向量

式中，第一项和第二项分别表示电源电压正、负序相量，第三项表示随机噪声和高次谐 波经过坐标变换后的合成相量。
假设电源频率为已知，将式(3)表示成
U ( k ) = e jωkΔT U dq + + e - jωkΔT U dq - + η ( k ) - - - ( 4 ) ; ]]>
式中

下标d和q代表在同步旋转坐标系下的变量，将式(4)表示的三相不平衡电压变换成矩 阵形式：
U(k)＝hTθ+η(k)   (6)；
式中：

如果把式(6)看成观测方程，则hTθ为估计出来的复电压值，为已知的复数形式的行相 量，为待估计的参数相量。在实际应用中，必须通过观测来得到复电压值，而观测信息中往 往含有高次谐波和噪声。所以观测到的只能是含有干扰的复电压值U(k)。为了获得参数的估 计值，可以采用带遗忘因子的递推复最小二乘算法，选择价值函数为：
J [ θ ( k ) ] = Σ j = 0 k λ k - j ( U ( j ) - h T ( j ) θ ( j ) ) * T ( U ( j ) - h T ( j ) θ ( j ) ) - - - ( 8 ) ; ]]>
式中，λ为遗忘因子，λ∈(0,1]；上标“*”和“T”分别表示一个复数矩阵的共轭和转置。 为了求得使价值函数最小化的θ，使用式(9)所示的带遗忘因子的递推最小二乘法。
θ ^ ( k ) = θ ^ ( k - 1 ) + K ( k ) [ U ( k ) - h T ( k ) θ ^ ( k - 1 ) ] K ( k ) = P ( k - 1 ) h ( k ) [ h T ( k ) P ( k - 1 ) h ( k ) + λ ] - 1 P ( k ) = λ - 1 [ I - P ( k - 1 ) h ( k ) h T ( k ) h T ( k ) P ( k - 1 ) h ( k ) + λ ] P ( k - 1 ) - - - ( 9 ) ; ]]>
在时变系统中，为了能不断修正参数，必须防止估计误差协方差矩阵P(k)衰减到零，从 上式看出P(k)的更新过程多了λ-1一项。当0<λ<1时，可以有效地阻止P(k)趋于零。λ越小，旧 数据对估计值的影响就越小，从而跟踪时变参数的能力就越强，但是稳态精度会相应降低， 估计值容易受到噪声干扰使得误差加大。λ越大，旧数据的可信度也越大，检测精度随之提高， 对噪声具有一定的鲁棒性，但是动态响应变慢。实际应用中，需要在动态响应和稳态精度两 方面折中考虑。递推算法要想工作，必须设置初始参数值。通常的做法就是直接将初始参数 取为：
θ ^ ( 0 ) = 0 0 P ( 0 ) = π 0 I - - - ( 10 ) ; ]]>
式中，π0为初始误差协方差常数，π0>0；I为单位矩阵。通过迭代可求得θ的估计值，也 即电网电压的正负序分量的幅值和初始相角，但有时正序dq轴分量和负序dq轴分量更常用。 可通过两者的关系式来相互推导。两者的关系如下：

当改递推算法第一次收敛后，估计参数趋向于真实值，这时，估计误差协方差矩阵P(k) 中的元素值会变得很小。如果电源电压再一次发生突变，修正项将失去原有的修正能力，从 而使递推算法收敛缓慢，甚至出现发散。为了加快算法的跟踪速度，使其具有连续的修正能 力，这里采用了估计误差协方差复位技术。基本原理就是防止估计误差协方差矩阵P(k)趋于 零。具体做法为：首先确定一个阈值，当估计误差协方差矩阵P(k)复位成初始值π0I。这样， 每次电源电压发生突变时，算法都具有最初的修正能力。
本发明采用滞环比较的方法来决定复位时刻，滞环宽度由电压中含有的谐波和噪声决定。 例如干扰噪声的含量如果为基波分量的10％，则可将滞环的宽度选为基波幅值的30％，这样 可以防止协方差矩阵的频繁复位。eH、eL分别为复位和置位协方差矩阵的阈值，当估计误差 大于eH时，则将协方差矩阵复位成初始值，直到估计误差小于eL时，才停止复位，引入滞环 的目的就是保证滤波器的稳定运行。该方法可以在含有高次谐波和随机噪声的前提下，快速 准确地检测出异步电机机端电源电压的正负序分量的幅值和相角。
本发明正负序检测模块使用IEC电压不平衡度定义(VUF-Voltage Unbalance Factor)，其 计算公式如下：
VUF = | U N | | U P | - - - ( 12 ) ; ]]>
式中：UN—负序电压矢量形式，
UP—正序电压矢量形式， U P = 1 3 ( U a + a U b + a 2 U c ) ; ]]>
a—系数，
Ua、Ub、Uc—异步电机定子绕组三相电压矢量形式。
②负序抑制器产生出抑制异步电机负序分量的三相电压波形。
由电机学理论可知电压不平衡状态下，异步电机内部出现负序磁场，它的旋转方向与电 机转子旋转方向相反，其与转子的相对转速为(2-s)n1，n1为同步速，由于实际运行时转差s 很小，故(2-s)≈2。若要抑制或消除该负序分量的影响，需要一个幅值与其相同、旋转方向与 其相反的磁场来与之相抵消，负序抑制器的作用就在于产生出该功能的三相电压波形，负序 抑制波形产生流程如图2中所示。
负序抑制波形产生模块工作原理如下所述：
1)整流逆变模块输入侧由电网经调压器供给三相电源，可根据需求调节三相输入电压值；
2)由整流逆变模块输出的三相抑制电压波形，经电压幅值及相位检测后，输出抑制波形 电压幅值U–及相位
3)由比较环节对U–、与Um–、进行比较，然后输出负序电压幅值误差eu及相位 误差
4)将负序电压幅值误差eu及相位误差输送至第二控制模块，第二控制模块根据误差 值发出控制命令，调节整流逆变模块中电力电子器件的开通及关断时间，然后重新输出修正 后的三相电压负序抑制波形，以此往复循环，使所产生的负序抑制波形能够尽可能抵消掉异 步电机定子绕组中的负序分量，降低由其引起的附加损耗，使电机安全高效地运行。
本发明所提出的负序抑制器供电电源模块由电网经三相调压器直接供电，在此过程中， 同时可为图2中所示的超级电容器组进行快速充电，当电网电能质量较差时，可将调压器输 出电压调至零，转为使用超级电容器组为负序抑制波形产生模块供电，由此减小负序抑制器 中电力电子器件对电网电能质量的影响。最终达到即抑制异步电机机端电压负序分量的目的， 同时在一定程度上减小负序抑制器工作过程中对电网电能质量的影响。
本发明参照GB 22713-2008《不平衡电压对三相笼型感应电动机性能的影响》中“建议 异步电机运行时电压不平衡度不超过5％”，将负序抑制器响应控制系统中对电压不平衡度的 动作上限设置为5％，保护动作机理与范围可应用于不超过5％的电压不平衡度范围，可自动 对运行状态做出预判，当超出安全运行极限时，发出预警并驱动保护动作，确保电机安全运 行；具体为：当异步电机电源三相电压不平衡度在0～5％之间时，负序抑制器正常工作，产生 出用于抑制异步电机电源中负序分量的三相电压波形；当电压不平衡度大于5％且定子最大单 相电流Imax>IN时，第一控制模块则发出预警信号，并同时切断异步电机供电电源开关K，确 保人机安全，Imax＝max{IA、IB、IC}，其中IA、IB、IC分别为定子三相电流有效值，另外，若 Imax≤IN时，则负序抑制器正常工作，继续监测电压不平衡度及定子单相最大电流值，负序抑 制器的第一控制模块以此往复循环，以保证异步电机能够在电压不平衡情况下安全运行。负 序抑制器动作机理如图3所示。
实施例
针对实验室一台5.5kW鼠笼式异步电机，对本发明所提出的负序抑制器进行了抑制效果 验证，异步电机加装负序抑制器前后三相电压、电流实测波形分别如图4(a)和(b)以及 图5(a)和(b)所示。图4(a)中三相电压不平衡度为2.14％，(b)中三相电流不平衡度 为15.55％；而图5(a)中三相电压不平衡度接近为0％，(b)中三相电流不平衡度为0.91％， 从中可以看出，本发明所提出的负序抑制器的抑制效果较为明显。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体 实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换， 均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。