復(fù)雜電網(wǎng)下無功及諧波電流檢測算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)雜電網(wǎng)下無功及諧波電流檢測算法，是一種基于自反饋復(fù)系數(shù) 濾波解耦網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)電流檢測算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于非線性負(fù)載的增加，產(chǎn)生大量諧波和無功污染危害電網(wǎng)。要想保證電 網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，需要快速、準(zhǔn)確檢測出諧波和無功電流，使用補償裝置對電網(wǎng)進(jìn)行補償。 現(xiàn)有的諧波和無功電流檢測方法主要有基于瞬時無功功率理論的電流檢測法、快速傅里葉 變換電流檢測法、基于小波變換電流檢測法等。目前，基于瞬時無功功率理論的電流檢測法 應(yīng)用最為廣泛。
[0003] 基于瞬時無功功率理論的電流檢測算法主要有：p-q法，ip-iq法。這些算法在三 相電網(wǎng)對稱無畸變時均能準(zhǔn)確檢測出基波電流分量，但在三相電壓不平衡、頻率突變、含諧 波等復(fù)雜電網(wǎng)情況下，檢測結(jié)果就會出現(xiàn)較大偏差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是針對上述已有技術(shù)存在的缺陷提供一種復(fù)雜電網(wǎng)下無功及諧波電 流檢測算法；此算法是一種基于復(fù)系數(shù)濾波器正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)電流檢測法，由于 鎖相環(huán)采用了自反饋復(fù)系數(shù)濾波正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)、頻率反饋及相位反饋，可在復(fù)雜電網(wǎng)情 況下準(zhǔn)確跟蹤電壓基波正序分量相序，實現(xiàn)精確鎖相；由于電流濾波也采用了自反饋復(fù)系 數(shù)濾波正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)，濾波后的電流可以更精確的實現(xiàn)電流正負(fù)序分離。此電流檢測法 可在電網(wǎng)電壓不對稱、有諧波畸變及頻率突變等情況下實現(xiàn)電流信號的準(zhǔn)確檢測。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是：一種復(fù)雜電網(wǎng)下無功及諧波電流檢測算法，包 括以下步驟： 步驟1 :首先將三相電壓和三相負(fù)載電流進(jìn)行Clarke坐標(biāo)變換，得到:?坐標(biāo)系下的電 壓信號和電流信號_、麵； 步驟2:將^坐標(biāo)系下的電壓信號送入電壓正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)得到電壓正序分 量、._著％￥和負(fù)序分量、礙^ ; 步驟3 :將電壓正序分量_1、薄、:送入Park變換得到dq坐標(biāo)系下的分量麵 ，_|通過PID調(diào)節(jié)得到頻率估計值％經(jīng)過積分1/s得到相位信息，消除了負(fù)序分量對 鎖相的影響；將鎖相得到的電網(wǎng)電壓頻率分別反饋至電壓和電流解耦網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)電壓鎖 相和電流檢測頻率自適應(yīng)；鎖相得到的g反饋至Park變換，實現(xiàn)相位的精確鎖相，將鎖相得 到的蒙送入正余弦發(fā)生器； 步驟4:將a/?坐標(biāo)系下的電流信號_送入解耦網(wǎng)絡(luò)提取電流正序分量 然后送入C矩陣，與正余弦發(fā)生器所產(chǎn)生的信號進(jìn)行計算得到基波電流有功分量觀和無功 分量4，再將i'、L送入反變換矩陣D即可得到基波電流，將負(fù)載電流與基波電流相減可得 諧波電流；斷開Ip，僅將Iq送入矩陣D可得到基波無功電流；斷開Iq，僅將Ip進(jìn)行反變換 即可得到基波有功電流，再將負(fù)載電流與基波有功電流相減可得到諧波和基波無功電流之 和； 步驟5 :當(dāng)系統(tǒng)僅要求檢查諧波電流時，可去掉旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，直接將經(jīng)解耦濾波網(wǎng)絡(luò) 提取出的/%、/>進(jìn)行Clarke反變換即可獲得基波電流，將負(fù)載電流與基波電流相減可 得諧波電流，使檢測網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大簡化，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
[0006] 步驟2和步驟4中的電壓與電流的解耦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相同，以電壓解耦網(wǎng)絡(luò)為例，采用 的復(fù)系數(shù)正序濾波器的傳遞函數(shù)為：
式中？！為電網(wǎng)電壓的基波角頻率，養(yǎng):為正序濾波器的截止頻率； 復(fù)系數(shù)負(fù)序濾波器的傳遞函數(shù)為：
式中_為電網(wǎng)電壓的基波角頻率，為負(fù)序濾波器的截止頻率。
[0007] 坐標(biāo)系下的電壓信號_^、|^經(jīng)過正負(fù)序復(fù)系數(shù)濾波器解耦之后，所得輸出 之和_| #1|反饋至電壓信號處相減，同時兩個輸出分別自反饋至正負(fù)序濾波器的輸入 端，實現(xiàn)電壓信號正負(fù)序解耦。
[0008] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著進(jìn)步：本 發(fā)明提出了一種基于復(fù)系數(shù)正負(fù)序濾波器的自反饋正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)，將電壓和電流信號分 別進(jìn)行正負(fù)序解耦，以消除負(fù)序分量對電壓鎖相及電流檢測的影響；由于鎖相環(huán)采用了自 反饋復(fù)系數(shù)濾波正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)、頻率反饋及相位反饋，可在復(fù)雜電網(wǎng)情況下準(zhǔn)確跟蹤電 壓基波正序分量相序，實現(xiàn)精確鎖相；由于電流濾波正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)中的基波角頻率A是 電壓鎖相環(huán)提供的自適應(yīng)頻率，可消除電網(wǎng)電壓頻率變化所產(chǎn)生的測量誤差；當(dāng)系統(tǒng)僅要 求檢測諧波電流時，可去掉旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)C矩陣變換，直接將經(jīng)解耦網(wǎng)絡(luò)提取出的進(jìn)行 Clarke反變換即可獲得基波電流，將負(fù)載電流與基波電流相減可得諧波電流。從而使檢測 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大簡化，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。本發(fā)明可以在電網(wǎng)電壓不平衡、含諧波、頻率突 變等復(fù)雜情況下快速準(zhǔn)確檢測出負(fù)載電流信息。
【附圖說明】
[0009] 圖1為復(fù)雜電網(wǎng)下無功及諧波電流檢測方法原理框圖。
[0010] 圖2為簡化后的復(fù)雜電網(wǎng)下諧波電流檢測方法原理框圖。
[0011] 圖3為基于復(fù)系數(shù)濾波器的自反饋正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)。
[0012] 圖4為三相電壓不平衡且含諧波情況下檢測出的基波電流波形。
[0013] 圖5為三相電壓不平衡且含諧波情況下檢測出的基波電流頻譜圖。
[0014] 圖6為三相電壓頻率突變且含諧波情況下檢測出的基波波形。
[0015] 圖7為三相電壓頻率突變且含諧波情況下檢測出的基波頻譜圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進(jìn)一步詳細(xì)具體的說明。
[0017] 本發(fā)明的核心思想是：電壓鎖相環(huán)和電流濾波均采用了一種基于復(fù)系數(shù)正負(fù)序濾 波器的自反饋正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)，以消除電網(wǎng)電壓不平衡時產(chǎn)生的負(fù)序分量；電流濾波正負(fù) 序解耦網(wǎng)絡(luò)中的基波角頻率咚是電壓鎖相環(huán)提供的自適應(yīng)頻率，可消除電網(wǎng)電壓頻率變 化所產(chǎn)生的電流信號測量誤差。
[0018] 圖1為復(fù)雜電網(wǎng)下無功及諧波電流檢測方法原理框圖，其步驟如下： 步驟1:設(shè)三相負(fù)載電流檢測電路檢測得到的三相負(fù)載電流?aj可以表示為：
上述式中包含基波正序電流、基波負(fù)序電流、n次諧波正序電流、n次諧波負(fù)序電流。 式中_為基波電流角頻率，;1? :1?和、表《分別為各次電流正序和負(fù)序有效值及初相 角。將三相負(fù)載電流經(jīng)過Clarke變換得到a/?坐標(biāo)系下的電流信號黑、_ ;
:1、||送入正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)完全提取出正序分量
[0019] 步驟2 :設(shè)三相電網(wǎng)電壓不平衡且含諧波輸入信號_、:、_可以表示為：
其中，灣分別為正序電壓幅值、頻率和相位％、么分別為負(fù)序電壓幅 值、頻率和相位。E^s、1^、^%分別為諧波電壓。將三相電壓經(jīng)過Clarke變換得到坐 標(biāo)系下的電壓信號;
將a#坐標(biāo)系下的電壓信號q、[、送入電壓正負(fù)序解耦網(wǎng)絡(luò)得到電壓正