一種基于虛擬濾波因子的諧波檢測方法與系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于虛擬濾波因子的諧波檢測方法與系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)諧波檢 測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力系統(tǒng)中諧波的存在會(huì)造成過電壓和過電流現(xiàn)象、干擾通訊系統(tǒng)、影響計(jì)量儀 表精度、增加電力變壓器損耗W及影響繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置正常工作問題。在輸配電系統(tǒng) 中應(yīng)用諧波補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行治理，主要有兩類：無源電力濾波器與有源電力濾波器。無源電力 濾波器采用電容和電抗組成指定次低通諧波回路，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運(yùn)行可靠，因此得 到了廣泛的應(yīng)用，但它也存在補(bǔ)償效果差，易引起諧振，濾波次數(shù)單一等問題；而有源電力 濾波器通過采集負(fù)載電流W及諧波檢測算法，從而輸出與負(fù)載幅值相同相位相反的諧波電 流運(yùn)樣的原理可實(shí)現(xiàn)諧波補(bǔ)償，其彌補(bǔ)了無源電力濾波器的缺點(diǎn)，同時(shí)具有補(bǔ)償效果好，可 補(bǔ)償多種諧波，諧波實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，目前有源電力濾波器已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。
[0003] 有源電力濾波器諧波檢測方法的性能將直接影響諧波補(bǔ)償設(shè)備的工作性能。因此 準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測到諧波成分，是諧波補(bǔ)償設(shè)備對(duì)諧波進(jìn)行精確補(bǔ)償?shù)那疤?。目前諧波檢測 方法主要有兩種：基于頻域分析的快速傅立葉電流分解方法、基于瞬時(shí)無功功率理論的諧 波檢測方法。
[0004] 現(xiàn)有諧波檢測方法存在的缺點(diǎn)為：基于頻域分析的快速傅立葉電流分解方法，是 建立在傅立葉分析的基礎(chǔ)上，因此被補(bǔ)償?shù)牟ㄐ伪仨毷侵芷谧兓模駝t會(huì)產(chǎn)生誤差。該方 法缺點(diǎn)明顯，如計(jì)算量大，進(jìn)而實(shí)時(shí)性不夠好，用于補(bǔ)償諧波補(bǔ)償率低；對(duì)于非整數(shù)次諧波 的檢測會(huì)出現(xiàn)柵欄效應(yīng)和頻譜泄漏等問題，使得檢測得到的諧波有偏差。而基于瞬時(shí)無功 功率理論的諧波檢測方法的基本原理是采用變換矩陣將各相電壓和電流瞬時(shí)值變換到a、 0坐標(biāo)，將電壓、電流矢量進(jìn)行坐標(biāo)變換獲得基波電流，最后把輸入電流與獲得的基波電流 做差值運(yùn)算獲得諧波電流，此種諧波檢測方法，需要對(duì)電壓進(jìn)行鎖相、運(yùn)算量較大，特別是 在=相電流不平衡時(shí)，計(jì)算量大大增加，造成檢測延時(shí)較大，從而諧波補(bǔ)償效果降低；同時(shí) 檢測精度受電壓鎖相精度W及電壓電流傳感器精度的影響，特別是電壓發(fā)生崎變時(shí)，實(shí)時(shí) 鎖相精度將受較大影響；并且此方法不能對(duì)指定次諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，只能通過提取基波 電流，運(yùn)用電流減去基波電流成分獲得所有諧波電流的方法進(jìn)行檢測；特別地此方法不宜 對(duì)諧波補(bǔ)償設(shè)備輸出電流做限幅處理，否則將改變波形形狀，從而增加輸出電流的直流分 量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬濾波因子的諧波檢測方法與系統(tǒng)，W解決現(xiàn)有 諧波檢測過程中產(chǎn)生的電壓崎變W及電壓鎖相精度低造成諧波檢測精度低的問題。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種基于虛擬濾波因子的諧波檢測方法，該檢 測方法包括W下步驟：
[0007] 1)根據(jù)基波頻率、目標(biāo)諧波次數(shù)、諧波運(yùn)算時(shí)刻和反變換相位補(bǔ)償角構(gòu)造正變換 虛擬濾波因子C。和反變換虛擬濾波因子Cf;
[000引2)將輸入的S相電流進(jìn)行正變換W獲得a、P靜止坐標(biāo)系電流值，作為n次諧波 檢測提供靜止坐標(biāo)系電流值；
[0009] 3)根據(jù)正變換虛擬濾波因子C。將正變換后獲得的i。、iP變換到n次諧波虛擬噸、 nq軸坐標(biāo)系；
[0010] 4)根據(jù)反變換虛擬濾波因子乂：對(duì)變換到n次諧波虛擬np、nq軸坐標(biāo)系的電流信 號(hào)進(jìn)行虛擬濾波因子反變換，獲取對(duì)應(yīng)a、P靜止坐標(biāo)系瞬時(shí)電流；
[0011] 5)將步驟4)中獲取的對(duì)應(yīng)a、P靜止坐標(biāo)系瞬時(shí)電流進(jìn)行反變換，使之轉(zhuǎn)換成 瞬時(shí)的=相n次諧波電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)n次諧波的檢測。
[0012] 所述的檢測方法還包括對(duì)步驟3)獲取的電流進(jìn)行幅值補(bǔ)償?shù)倪^程，W解決因運(yùn) 算量大造成的檢測延時(shí)W及因電壓、電流傳感器精度造成的幅值偏差問題。
[0013] 所述的檢測方法還包括對(duì)步驟3)中虛擬濾波正變換后電流中的毛刺干擾信號(hào)進(jìn) 行濾除的過程。
[0014] 所述步驟1)中正變換虛擬濾波因子C。的構(gòu)造過程如下：
[001引A.根據(jù)基波頻率fi、目標(biāo)的諧波次數(shù)n、n次諧波運(yùn)算時(shí)刻t。計(jì)算正變換虛擬角度 白"
[0016] 白n= 2unfit。
[0017] 其中t。取值從0開始，在0到基波周期內(nèi)按照計(jì)時(shí)步長At周期性取值，計(jì)時(shí)步長 At則根據(jù)基波周期W及一個(gè)基波周期時(shí)間內(nèi)諧波檢測運(yùn)算次數(shù)m計(jì)算獲得，公式如下：t。 =tnp+At=tnp+l/(mfi);
[0018]B.對(duì)所計(jì)算得到的虛擬角度0。進(jìn)行=角函數(shù)運(yùn)算，獲取對(duì)應(yīng)n次諧波的正變換 虛擬S角函數(shù)sin0。和cos0。，
[0019]sin白n=sin(2 31nfitn)
[0020] cos白n=cos(2 31nfit。）
[0021] 其中sin0。為n次諧波的正變換虛擬正弦值，cos0。為n次諧波的正變換虛擬余 弦值；
[002引C.根據(jù)獲取的虛擬；角函數(shù)sin0。和cos0。組建對(duì)應(yīng)n次諧波檢測所需的正變 換虛擬濾波因子C。，
[0023] 反變換虛擬濾波因子'勾造過程如下：
[0024]a.根據(jù)正變換虛擬角度0。和反變換相位補(bǔ)償角A0。計(jì)算反變換虛擬角度R。，
[00巧]Rn=白n+A白n= 2 31nfitn+A白n;
[0026]b.對(duì)所計(jì)算得到的反變換虛擬角度R。進(jìn)行=角函數(shù)運(yùn)算，獲取對(duì)應(yīng)n次諧波的反 變換虛擬S角函數(shù)sinR。和cosR。，
[0027]sinRn=sin(白n+A白n) = sin(2 31nfitn+A白n)
[0028]COsRn=cos(白n+A白n) = cos(231nfitn+A白n)
[0029] 其中sinR。為n次諧波的反變換虛擬正弦值，cosR。為n次諧波的反變換虛擬余弦 值；
[0030] C.根據(jù)獲取的虛擬=角函數(shù)sinR。和cosR。組建對(duì)應(yīng)n次諧波檢測所需的反變換 虛擬濾波因子cf，
[0031] 所述步驟2)中所采用的正變換包括正負(fù)相序正變換P與Clark正變換C32兩部 分，其中正負(fù)相序正變換P用于根據(jù)輸入的S相電流i,、ie、ie得到具有正序n次諧波特征 的S相電流i。、ib、i。，Clark正變換C32用于正負(fù)相序正變換P獲得的具有正序n次諧波特 征的立相電流旋轉(zhuǎn)矢量轉(zhuǎn)化到a、P靜止坐標(biāo)系。
[0032] 當(dāng)n次諧波為正序時(shí)，正負(fù)相序正變換P計(jì)算公式如下：
[0033]
[0034] 當(dāng)n次諧波為負(fù)序時(shí)，正負(fù)相序正變換P計(jì)算公式如下：
[0035]
[0036] i。為正負(fù)相序正變換后A相電流瞬時(shí)值，單位安培；ib為正負(fù)相序正變換后B相 電流瞬時(shí)值，單位安培；i。為正負(fù)相序正變換后C相電流瞬時(shí)值，單位安培；iA為系統(tǒng)輸入A 相電流瞬時(shí)值，單位安培；ie為系統(tǒng)輸入B相電流瞬時(shí)值，單位安培；ie為系統(tǒng)輸入C相電 流瞬時(shí)值，單位安培。
[0037] 所述的Clark正變換C32的計(jì)算公式如下：
[0038]
[0039] i。為a、P坐標(biāo)變換后a軸電流瞬時(shí)值，單位安培；iP為a、P坐標(biāo)變換后0 軸電流瞬時(shí)值，單位安培。
[0040] 所述步驟5)中采用的反變換包括正負(fù)相序反變換PT與Clark反變換兩部分， 其中Clark反變換巧;用于根據(jù)n次諧波虛擬濾波因子反變換后a、P軸瞬時(shí)電流i。。,、 轉(zhuǎn)化為具有正序特征的S相n次諧波電流i。。、i"b、i。。，正負(fù)相序反變換PT用于根據(jù) Clark反變換后的S相n次諧波電流i。。、i"b、i。。轉(zhuǎn)換得到S相n次諧波瞬時(shí)值i。4、i"B、 lnC〇
[0041] 所述的Clark反變換C;的計(jì)算公式如下；
[0042]
[0043] i。。為具有正序特征的S相n次諧波A相電流瞬時(shí)值，單位安培；i "b為具有正序特 征的S相n次諧波B相電流瞬時(shí)值，單位安培；i。。為具有正序特征的S相n次諧波C相電 流瞬時(shí)值，單位安培；i。。:為n次諧波虛擬濾波因子反變換后a軸電流瞬時(shí)值，單位安培； i。^為n次諧波虛擬濾波因子反變換后P軸電流瞬時(shí)值，單位安培。
[0044] 當(dāng)n次諧波為正序時(shí)，正負(fù)相序反變換pT計(jì)算公式如下：
[0045]
[0046] 當(dāng)n次諧波為負(fù)序時(shí)，正負(fù)相序反變換pT計(jì)算公式如下：
[0047]
[004引