一種改進的ip-q諧波電流檢測方法

一種改進的ip-q諧波電流檢測方法

0基于基波功能理論的知識產(chǎn)權(quán)管理的諧波檢測方法在現(xiàn)代社會，大量能源電子裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、能源系統(tǒng)、交通、輸電和家用電器，公共供電受到嚴重的聲波污染。電力諧波已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的公害,威脅著電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全運行與正常使用。研究電力系統(tǒng)的諧波問題已經(jīng)變的非常重要,對諧波進行檢測是研究諧波問題的一個重要組成部分,稱為諧波治理的核心內(nèi)容。在現(xiàn)今眾多的諧波電流檢測方法中,基于瞬時無功功率理論的ip-iq諧波檢測方法是應(yīng)用較多的一種。該方法具有諸多優(yōu)點,比如檢測電路簡單、延時少、實時性好等。此方法能夠檢測出電流基波分量和電流總的諧波分量,對于檢測出系統(tǒng)總的諧波分量具有較高的準確性。而在實際諧波電流的治理中,需要檢測出具體的高次諧波電流分量。傳統(tǒng)的ip-iq檢測方法已經(jīng)滿足不了這種高次諧波電流的檢測需求了。對此,本文在介紹傳統(tǒng)的ip-iq電流諧波檢測方法的基礎(chǔ)上,對具體高次諧波電流的檢測提出了一種改進的ip-iq諧波檢測方法。1基于數(shù)字低通濾波器的諧波檢測傳統(tǒng)的ip-iq檢測方法是在瞬時無功功率理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的。瞬時無功功率理論是在1983年由日本學者赤木泰文先生提出的,主要是針對三相三線制電路諧波的實時檢測。瞬時無功功率理論的基本思想是對輸入信號進行變換把其中的基波分量轉(zhuǎn)化為直流量,而其它的高頻分量仍然為交流量,然后通過低通濾波器提取出包含基波分量的直流量,再進行反變換來得到基波分量。根據(jù)文獻,有:u02=3U2/2,把式(3)和式(4)結(jié)合得:式中ipz、iqz是直流分量,對應(yīng)于iA、iB、iC中的基波分量;ipj、iqj是交流分量,對應(yīng)于iA、iB、iC的諧波分量?？梢酝ㄟ^數(shù)字低通濾波器從ip、iq中分離出ipz、iqz,再由式(2)、(5)進行反變換可得ABC三相坐標下的基波電流分量,即:最后,三相電流瞬時值減去三相基波電流就得到三相瞬時諧波電流。圖1所示為傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測方法的原理圖。圖1中,A相電壓uA通過PLL和正、余弦函數(shù)發(fā)生器得到正、余弦信號,然后得到變換矩陣C1、C2,PLL為鎖相環(huán)電路,LPF為數(shù)字低通濾波器。2高次諧波檢測方法原理由前述ip-iq諧波檢測方法可知,傳統(tǒng)的ip-iq法只能檢測出基波和總的諧波分量,但不能檢測出具體的高次諧波分量。為了能夠檢測具體的高次諧波,需要對傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測法改進,首先把C1矩陣中的角頻率ω變?yōu)閗ω,進行倍頻旋轉(zhuǎn)變換,然后加入諧波電流負序分量的檢測環(huán)節(jié),這樣就彌補了圖1檢測方法遺漏諧波負序分量的缺點,提高了高次諧波檢測的精度。對于高次諧波電流負序分量的檢測環(huán)節(jié),只需把式(1)中三相瞬時電壓uA、uB、uC的相序改寫為負序的形式,就可以檢測出。具體負序分量檢測方法為:根據(jù)式(2)、式(4)得:把式(2)代入式(9)中得:然后,經(jīng)過LPF分離出直流分量直流分量再根據(jù)式(10)、式(2)進行反變換就可以得到ABC坐標下的諧波負序分量,即:按照改進檢測方法的思路,具體的高次諧波檢測過程為:第一步,三相電流iA、iB、iC分別通過正序變換矩陣C32C1+和負序變換矩陣C32C1-得到正序量ip+、iq+和負序量ip-、iq-;接著,正序量ip+、iq+和負序量ip-、iq-分別經(jīng)過LPF濾波,得出各自相應(yīng)的直流分量;第二步,直流分量再通過正序反變換C2+C23和負序反變換C2-C23就得出高次諧波電流的正序分量i+Ak、i+Bk、i+Ck和負序分量iAk、iBk、iCk;第三步,正序分量和負序分量二者相加就得出所要檢測的高次諧波分量。圖2所示為高次諧波檢測方法的原理圖。在圖2中,C1+、C2+為正序的正余弦變換矩陣,C1-、C2-為負序的正余弦變換矩陣,有3檢測方法仿真先使用Matlab軟件對傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測方法進行仿真,用圖1方法檢測電流基波分量和電流總諧波分量;然后再用Matalab對改進的ip-iq諧波檢測方法進行仿真,分別用圖1方法和圖2方法檢測具體某高次諧波分量。假設(shè)待檢測信號為:信號采樣頻率為每個工頻周期內(nèi)的采樣128點,LPE采用三階Elliptic低通濾波器。仿真結(jié)果如圖3~圖6所示。根據(jù)圖4所示的仿真波形可以明顯看出,圖1檢測方法能準確的檢測出基波分量和總諧波分量。分別用圖1和圖2方法仿真檢測某高次諧波分量時,以三次諧波為例。檢測仿真圖如圖5和圖6所示。由圖5和圖6的仿真結(jié)果對比可看出,圖2方法可以檢測出三次諧波中的正序分量、負序分量進而能檢測出三次諧波,而圖1方法只能檢測出三次諧波中的正序分量。因此,用圖2方法檢測高次諧波比用圖1方法檢測更精確。4ip-方式諧波檢測傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測方法在實際中的應(yīng)用中,主要用于對電流基波分量和諧波分量的檢測,具有很好的準確性和實時性等優(yōu)點。但是,用它對具體高次諧波分量的檢測時,就會存在誤差比較大的缺點,對于這一點,本文在圖1所示的傳統(tǒng)諧波電流檢測方法的基礎(chǔ)上提出了一種更適合于高次諧波檢測的改進ip-iq諧波檢測方法。Matlab仿真結(jié)果表明:改進的ip-iq諧波檢測方法在高次諧波檢測方面比傳統(tǒng)的ip-iq檢測方法具有更好的可靠性,更加適合于對某高次諧波電流的實用檢測,而圖1所示的傳統(tǒng)ip-iq諧波檢測方法則比較適合于基波和總諧波的檢測。假設(shè)電路為三相三線制,三相瞬時電壓分別為uA、uB、uC,其幅值為U。三相瞬時電流分別為iA、iB、iC,通過ABC三相與α-β兩相的坐標變換,電壓、電流分別變換到兩相正交的坐標系中,在兩相坐標系中的瞬時電壓,瞬時電流分別為uα、uβ,iα、iβ,變換矩陣如下:式(1)又可變?yōu)?式中ω為基波角頻率。三相瞬時有功功率p為電壓矢量u的模u0和三相瞬時有功電