一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，采集對(duì)電壓、電流瞬時(shí)值，分別進(jìn)行三相至兩相的坐標(biāo)變換，得到兩相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流；通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算三相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與余弦信號(hào)，求取兩相瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投影，得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流；分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基波正序電流分量進(jìn)行兩相至三相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到三相電流中的基波電流分量；利用三相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到三相補(bǔ)償電流。采用該方法獲得的補(bǔ)償電流指令中包含著基波負(fù)序電流及諧波電流成分，可以同時(shí)達(dá)到治理諧波及平衡三相負(fù)荷的理想效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 有源電力濾波技術(shù)與裝備(APF)為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的諧波治理及無(wú)功補(bǔ)償提供了一種有 效的途徑，其中補(bǔ)償指令電流檢測(cè)的精度和實(shí)時(shí)性對(duì)最終的補(bǔ)償與濾波性能起著決定性的 影響。為實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的諧波電流檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出多種基于不同理論的諧波檢測(cè) 方法，其中，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的p-q法、ip-iq法及dqO法最有代表性。
[0003] 圖1中給出了傳統(tǒng)p-q法的運(yùn)算流程，傳統(tǒng)p-q法由于運(yùn)算量大，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果易受 電壓波形崎變率影響，從實(shí)現(xiàn)精確檢測(cè)Ξ相電流的絕對(duì)崎變量出發(fā)，出現(xiàn)了采用鎖相環(huán) (化L)定向的傳統(tǒng)ip-iq諧波檢測(cè)法。
[0004] 圖2給出ip-iq法的運(yùn)算流程，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq諧波電流檢測(cè)方法 具有運(yùn)算過(guò)程簡(jiǎn)單、檢測(cè)結(jié)果不受電壓崎變影響等優(yōu)點(diǎn)，因而在有源電力濾波器中得到了 廣泛的應(yīng)用。據(jù)電力系統(tǒng)相關(guān)規(guī)定，無(wú)功補(bǔ)償必須遵循"分級(jí)平衡、分區(qū)平衡"的原則，諧波 治理應(yīng)遵循"誰(shuí)污染、誰(shuí)治理"的原則。
[0005] αβ坐標(biāo)下的電壓、電流矢量如圖3所示，在Ξ相Ξ線制系統(tǒng)中，設(shè)各相電壓和電流 的瞬時(shí)值分別為ea、eb、ec和13、^山。通過(guò)；相至兩相的坐標(biāo)變換，把它們變換到兩相正交 的αβ坐標(biāo)系中，可W得到α、β兩相瞬時(shí)電壓ea、ee和瞬時(shí)電流ia、ie。矢量ea、ee和ia、ie分別可 W合成為旋轉(zhuǎn)的電壓矢量e和電流矢量i。^相電路瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq，分別 為矢量i在矢量e及其法線上的投影。根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論推導(dǎo)出傳統(tǒng)ip-iq諧波檢測(cè)法原 理如圖2所示。
[0006] 在該檢測(cè)方法中，通過(guò)引入鎖相環(huán)(P化），只使用了A相電網(wǎng)電壓ea生成與其同相 位的正弦信號(hào)sin ω t和余弦信號(hào)cos ω t，實(shí)際的Ξ相電壓并未參與整個(gè)運(yùn)算過(guò)程，因此傳 統(tǒng)ip-iq法從理論上消除了 Ξ相電壓波動(dòng)、崎變等因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。但該算法存在兩 方面的問(wèn)題。一方面是在高電壓崎變率下P1X難W精確鎖相的問(wèn)題;另一方面由此獲得的定 位信息包含了電壓崎變信息，勢(shì)必導(dǎo)致有源電力濾波器的輸出電流增大，對(duì)電源電壓崎變 導(dǎo)致的諧波電流做出補(bǔ)償，而運(yùn)對(duì)并聯(lián)型濾波器來(lái)講是沒(méi)有實(shí)際意義的，而且與誰(shuí)污染、誰(shuí) 治理的基本原則也不相符。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢 測(cè)方法，本發(fā)明克服了高電壓崎變率下化L難W精確鎖相的問(wèn)題，且能夠獲得的定位信息包 含了電壓崎變信息，可達(dá)到分離崎變電壓導(dǎo)致的諧波電流的作用，解決了傳統(tǒng)方法應(yīng)用于 并聯(lián)型有源電力濾波器的不足。
[000引為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，包括W下步驟：
[0010] (1)采集Ξ相電壓和Ξ相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行Ξ相至兩相的坐標(biāo)變換，得到兩 相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流；
[0011] (2)通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算Ξ相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與 余弦信號(hào)；
[0012] (3)根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投影， 得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流；
[0013] (4)分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基 波正序電流分量進(jìn)行兩相至Ξ相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到Ξ相電流中的基波電流分量；
[0014] (5)利用Ξ相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到Ξ相補(bǔ)償電流。
[0015] 所述步驟(1)中，Ξ相至兩相坐標(biāo)變換的步驟如下：
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，具體步驟為：
[0020] 根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論的基本定義，Ξ相電路瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq 分別為兩相瞬時(shí)電流ia、ie在電壓矢量e及其法線上的投影，即為：
[0023] 所述步驟(4)中，利用低通濾波器從瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流中分裂出直流 分量。
[0024] 所述步驟(4)中，兩相變?chǔ)嘧鴺?biāo)變換的步驟如下：
[0025]
[0026] 其中
[0027] -種應(yīng)用于單相系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，包括 W下步驟：
[0028] (1)將單相電壓和單相電流視作Ξ相電路中的A相電壓和A相電流，按照Ξ相對(duì)稱(chēng) 的原則構(gòu)造出B、C相電壓及電流；
[0029] (2)對(duì)Ξ相電壓和Ξ相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行Ξ相至兩相的坐標(biāo)變換，得到兩相 瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流；
[0030] (3)通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算Ξ相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與 余弦信號(hào)；
[0031] (4)根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投影， 得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流；
[0032] (5)分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基 波正序電流分量進(jìn)行兩相至Ξ相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到Ξ相電流中的基波電流分量；
[0033] (6)利用Ξ相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到Ξ相補(bǔ)償電流。
[0034] 進(jìn)一步的，所述步驟(1)的具體方法為：
[0035] 定義所述單相系統(tǒng)中的單相電壓為es，單相電流為is,則：
[0036] ea = es，將 ea 延時(shí) 120。得 eb，將 ea 延時(shí) 240。得 ec;
[0037] ia=is，將 ia 延時(shí) 120。得 ib，將 ia 延時(shí) 240。得 ic。
[0038] -種應(yīng)用于Ξ相四線制系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方 法，包括W下步驟：
[0039] (1)采集Ξ相電壓和Ξ相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行Ξ相至兩相與零軸的坐標(biāo)變換， 得到兩相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流；
[0040] (2)通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算Ξ相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與 余弦信號(hào)；
[0041] (3)根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相與零軸瞬時(shí)電流值在電壓矢量上 的投影，得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流；
[0042] (4)分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基 波正序電流分量進(jìn)行兩相至Ξ相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到Ξ相電流中的基波電流分量；
[0043] (5)利用Ξ相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到Ξ相補(bǔ)償電流。
[0044] 優(yōu)選的，所述步驟(1)中，坐標(biāo)變換的方法為：
[0045]

[0049] -種應(yīng)用于任意次諧波檢測(cè)系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢 測(cè)方法，包括W下步驟：
[0050] (1)采集Ξ相電壓和Ξ相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行Ξ相至兩相與零軸的坐標(biāo)變換， 得到兩相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流；
[0051] (2)通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算Ξ相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與 余弦信號(hào)；
[0052] (3)根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相與零軸瞬時(shí)電流值在電壓矢量上 的投影，得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流；
[0053] (4)分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基 波正序電流分量進(jìn)行兩相至Ξ相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到Ξ相電流中的基波電流分量；
[0054] (5)令欲檢測(cè)的諧波電流為第k次諧波電流，根據(jù)第k次諧波電流對(duì)應(yīng)交變頻率為 k-1倍的基波頻率，構(gòu)建k倍于基波頻率的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，即可求得k次諧波電流分量；
[0055] (6)利用Ξ相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到Ξ相補(bǔ)償電流。
[0056] 本發(fā)明的有益效果為：
[0057] (1)由于本發(fā)明基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法通過(guò)Ξ相電壓瞬 時(shí)值ea、eb、ec計(jì)算相位數(shù)據(jù)sin0e、cos0e，代替?zhèn)鹘y(tǒng)ip-iq諧波檢測(cè)法所使用的P化鎖相方式， 克服了高電壓崎變率下化L難W精確鎖相的問(wèn)題；
[005引（2)獲得的定向信息包含了電壓崎變信息，可達(dá)到分離崎變電壓導(dǎo)致的諧波電流 的作用。另外，由于采用該方法獲得的補(bǔ)償電流指令中包含著基波負(fù)序電流及諧波電流成 分，按此結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償控制，可W同時(shí)達(dá)到治理諧波及平衡Ξ相負(fù)荷的理想效果，解決了傳 統(tǒng)方法應(yīng)用于并聯(lián)型有源電力濾波器的不足。
【附圖說(shuō)明】
[0059] 圖1是【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)P-巧l·償電流檢測(cè)法的原理圖；
[0060] 圖2是【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)補(bǔ)償電流檢測(cè)法的原理圖；
[0061 ]圖3是αβ坐標(biāo)下的電壓、電流矢量圖；
[0062] 圖4是本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法應(yīng)用于Ξ相Ξ線系統(tǒng)中的流程圖；
[0063] 圖5是本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法應(yīng)用于單相系統(tǒng)中的流程圖；
[0064] 圖6是本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法應(yīng)用于Ξ相四線系統(tǒng)中的流程圖；
[0065] 圖7是本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法應(yīng)用于任意次諧波檢測(cè)中的流程圖；
[0066] 圖8是電源電壓無(wú)崎變、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的仿真主電 路原理圖；
[0067] 圖9是電源電壓無(wú)崎變、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的仿真結(jié)果 圖，其中：（a)、a相電網(wǎng)電壓，（b)、a相負(fù)載電流，（c)、a相負(fù)載基波電流，（d)、a相負(fù)載諧波電 流；
[0068] 圖10是電源電壓有崎變、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的仿真主電 路原理圖；
[0069] 圖11是電源電壓有崎變、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的仿真結(jié)果 圖，其中：（a)、a相電網(wǎng)電壓，（b)、a相負(fù)載電流，（c)、a相負(fù)載基波電流，（d)、a相負(fù)載諧波電 流；
[0070] 圖12是電網(wǎng)電壓有崎變、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的 仿真結(jié)果圖，其中：（a)、a相電網(wǎng)電壓，（b)、a相負(fù)載電流，（c)、a相負(fù)載基波電流，（d)、a相負(fù) 載諧波電流；
[0071] 圖13是電網(wǎng)電壓有崎變時(shí)諧波電流有效值檢測(cè)結(jié)果圖，其中：（a)、本發(fā)明ip-iq補(bǔ) 償電流檢測(cè)法a相負(fù)載諧波電流的有效值，（b)【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法a相負(fù) 載諧波電流的有效值；
[0072] 圖14是電壓逆相序、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的仿真結(jié)果圖， 其中：（a)、a相電網(wǎng)電壓，（b)、a相負(fù)載電流，（c)、a相負(fù)載基波電流，（d)、a相負(fù)載諧波電流；
[0073] 圖15是電壓逆相序、Ξ相負(fù)載平衡時(shí)【背景技術(shù)】中傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的仿真 結(jié)果圖，其中：（a)、a相電網(wǎng)電壓，（b)、a相負(fù)載電流，（c)、a相負(fù)載基波電流，（d)、a相負(fù)載諧 波電流。
【具體實(shí)施方式】：
[0074] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[007引實(shí)施例一：
[0076] 如圖4所示，一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法在Ξ相Ξ線制 系統(tǒng)中的應(yīng)用。
[0077] 設(shè)；相電路中；相電壓和電流的瞬時(shí)值分別為ea、eb、ec和13、^、1。。首先對(duì)；相瞬 時(shí)電壓ea、eb、ec進(jìn)行；相至二相坐標(biāo)變換得到ea、ee，在αβ坐標(biāo)系內(nèi)通過(guò)ea、ee計(jì)算出S相合 成旋轉(zhuǎn)電壓矢量e的相位角0e對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)Sin0e和余弦信號(hào)COS0e，并W此作為同步旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系定向依據(jù)進(jìn)行Ξ相電流坐標(biāo)變換得到ia、ie。
[0080]式中，
[0081]在αβ平面上，矢量ea、ee和ia、ie分別可W合成為旋轉(zhuǎn)的電壓矢量e和電流矢量i。
[0082] e = ea+ee = EmZ 白 e
[0083] i = ia+ip= ImZ 白 i
[0084]式中Em、Im分別為矢量e、i的模，0e、0i分別為矢量e、i的相角，ia、ie分別為矢量，ia、 ie的模，ea、ee分別為矢量ea、ee的模。
[0085] 采用ea、ee瞬時(shí)電壓矢量可W確定正弦信號(hào)sin9e和余弦信號(hào)cos9e，計(jì)算公式為：
[0086]
[0087]根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論的基本定義，Ξ相電路瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq， 分別為矢量i在矢量e及其法線上的投影。即為：
[0090]運(yùn)時(shí)，Ξ相電流中基波分量所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流為常數(shù)，而高 次諧波所對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流則為交變量，可W通過(guò)一個(gè)低通濾波器從 ip、iq中分離出直流分量霉、與,。
[0091 ]根據(jù)上式的逆變換求得基波正序電流分量為：
[0092]
[0093] 然后再通過(guò)二相至Ξ相變換得出Ξ相電流的基波電流分量為：
[0096]將；相電流瞬時(shí)值ia、ib、ic分別減去基波電流分量iaf、ibf、icf即得出立相補(bǔ)償電 流iah、ibh、ich ,公式為
[0097]
[0098] 與傳統(tǒng)ip-iq補(bǔ)償指令電流檢測(cè)法相比，本實(shí)施例基于瞬時(shí)電壓矢量定向的ip-iq 補(bǔ)償電流檢測(cè)法采用Ξ相電壓瞬時(shí)值ea、eb、ec計(jì)算相位數(shù)據(jù)正弦信號(hào)sin9e和余弦信號(hào)COS 白6,代替?zhèn)鹘y(tǒng)ip-iq檢測(cè)法使用化L鎖相方式，一方面克服了高電壓崎變率下化L難W精確鎖 相的問(wèn)題；另一方面由此獲得的定向信息包含了電壓崎變信息，可達(dá)到分離崎變電壓導(dǎo)致 的諧波電流的作用。另外，由于采用該方法獲得的補(bǔ)償電流指令中包含著基波負(fù)序電流及 諧波電流成分，按此結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償控制，可W同時(shí)達(dá)到治理諧波及平衡Ξ相負(fù)荷的理想效 果。如果將圖4中計(jì)算iq的通道斷開(kāi)，那么檢測(cè)結(jié)果中將包含基波無(wú)功電流分量，按此進(jìn)行 補(bǔ)償控制，將可W同時(shí)達(dá)到治理諧波、平衡Ξ相負(fù)荷及補(bǔ)償基波相移無(wú)功的理想效果。
[0099] 實(shí)施例二：
[0100] 如圖5所示，實(shí)施例一所述的方法在單相系統(tǒng)中的應(yīng)用：
[0101] 對(duì)于單相系統(tǒng)，可W將單相電壓和單相電流看作Ξ相電路中的A相電壓和A相電 流，為滿(mǎn)足本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的使用條件，按照Ξ相對(duì)稱(chēng)的原則構(gòu)造 B、C相電壓及 電流，然后按常規(guī)算法對(duì)Α、ΒΧΞ相電壓和Ξ相電流進(jìn)行處理，計(jì)算得到的A相電流檢測(cè)結(jié) 果即為單相電路對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果。
[0102] 記es和is分別為單相電路的電壓和電流瞬時(shí)值，由es和is構(gòu)造 Ξ相系統(tǒng)，并設(shè)ea、 eb、ec和ia、ib、ic分別為所構(gòu)造的立相電壓、電流的瞬時(shí)值。令ea = es，將ea延時(shí)120°得eb，延 時(shí)240°得ec，即為：
[0103] ea = es
[0104] eb = ea 化-N)
[0105] ec = ea 化-2N)
[0106] 其中N為延時(shí)120°時(shí)對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)，2N為延時(shí)240°時(shí)對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)。同理，令 ia=is，將ia延時(shí)120°得ib，延時(shí)240°得ic，即為：
[0107] ia=is
[010 引 ib = ia 化-N)
[0109] ic=ia 化-2N)
[0110] 基于W上方法取得的ea、eb、ec和ia、ib、ic為嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的Ξ相系統(tǒng)瞬時(shí)電壓、電流， 此后套用實(shí)施例一所述的基于瞬時(shí)電壓矢量定向的ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，可W求取單相 電路的基波電流分量iaf和諧波電流分量iah。
[0111] 從前面的推導(dǎo)過(guò)程可W看出，由于在根據(jù)單相電流、電壓構(gòu)造虛擬Ξ相系統(tǒng)的過(guò) 程中虛構(gòu)的B、C兩相電壓、電流嚴(yán)格與A相電流、電壓對(duì)稱(chēng)，因此在此系統(tǒng)中沒(méi)有零序和負(fù)序 的成分，檢出的電流中全部成分都為諧波電流信息，按此信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償控制可W達(dá)到諧波 治理的效果。如果將圖中計(jì)算iq的通道斷開(kāi)，檢測(cè)結(jié)果中將同時(shí)包含諧波電流及基波無(wú)功 電流成分，按此信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償控制將可W同時(shí)起到諧波治理、補(bǔ)償無(wú)功的理想效果。
[0112] 實(shí)施例
[0113] 如圖6所示，實(shí)施例一所述的方法在Ξ相四線制系統(tǒng)中的應(yīng)用：
[0114] 與Ξ相Ξ線制相比，Ξ相四線制系統(tǒng)的指令電流檢測(cè)中要對(duì)零序電流分量做出相 應(yīng)處理。參照傳統(tǒng)dqO法的處理思路，分別在αβ坐標(biāo)系及dq坐標(biāo)系中增加垂直于坐標(biāo)平面的 零軸，坐標(biāo)變換運(yùn)算過(guò)程做出相應(yīng)調(diào)整。
[0115] abc坐標(biāo)系向αβΟ坐標(biāo)系變換的運(yùn)算方法如下：
〇
[0118]同樣，在二相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系中也增加一個(gè)對(duì)應(yīng)于零序的坐標(biāo)軸，該軸垂直于 dq平面。具體的運(yùn)算過(guò)程相應(yīng)調(diào)整如下：
[0124] 經(jīng)低通濾波后可得到基波正序有功分量ξ和基波正序無(wú)功分量?，通過(guò)反變換可 得到Ξ相電流基波正序電流分量：
[0125]
[0126] 式中
[0127] 從W上推導(dǎo)過(guò)程可W看出，按圖6計(jì)算得出的結(jié)果中包含有各次諧波及基波負(fù)序 電流成分，按此進(jìn)行補(bǔ)償控制時(shí)，可W達(dá)到諧波治理、平衡負(fù)載的作用，但并不能起到補(bǔ)償 基波相移無(wú)功及零序電流的作用。如果將圖6中計(jì)算iq和io的通道斷開(kāi)，在檢測(cè)結(jié)果中將包 含進(jìn)基波無(wú)功電流分量及零序電流信息，W此為指令進(jìn)行補(bǔ)償控制時(shí)，將同時(shí)起到治理諧 波、平衡Ξ相負(fù)載、補(bǔ)償相移無(wú)功、消除零序電流的理想效果。
[012引實(shí)施例四：
[0129] 如圖7所示，實(shí)施例一所述的方法在任意次諧波檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用：
[0130] 在地坐標(biāo)系中，合成矢量i中與基波正序電流對(duì)應(yīng)的分量及合成矢量e中與基波正 序電壓對(duì)應(yīng)的分量是同步旋轉(zhuǎn)的，兩者處于相對(duì)靜止的狀態(tài)。而其它的電流分量相對(duì)于e均 是交變的，如基波負(fù)序電流對(duì)應(yīng)交變頻率為2倍的基波頻率，第k次諧波電流對(duì)應(yīng)交變頻率 為k-1倍的基波頻率。按照運(yùn)種思路，若欲檢測(cè)第k次諧波電流，只需構(gòu)建k倍于基波頻率的 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，在此坐標(biāo)系內(nèi)k次諧波電流正序分量將變?yōu)橹绷髁浚ㄟ^(guò)低通濾波器很容易將 其分離。
[0131] 記立相；線制系統(tǒng)的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流分別為ea、eb、ec和13、16、1。，經(jīng)；相至二 相變換可W得到：
[0134] 采用ea、ee瞬時(shí)電壓矢量確定的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系定向信息為：
[0135]
[0136] 對(duì)于基波電流分量檢測(cè)，采用基波頻率的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換：
[0139]對(duì)于k次諧波電流分量檢測(cè)，采用k倍于基波頻率的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換：
[0142] ipk和iqk經(jīng)過(guò)低通濾波器LPF濾波可得相應(yīng)直流分量長(zhǎng)和奮，經(jīng)過(guò)逆變換可得到相 應(yīng)次諧波分量為：
[0145] 由于本發(fā)明基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法通過(guò)Ξ相電壓瞬時(shí) 值ea、eb、ec計(jì)算相位數(shù)據(jù)sin9e、cos9e，代替?zhèn)鹘y(tǒng)ip-iq諧波檢測(cè)法所使用的P化鎖相方式，一 方面克服了高電壓崎變率下化L難W精確鎖相的問(wèn)題；另一方面由此獲得的定向信息包含 了電壓崎變信息，可達(dá)到分離崎變電壓導(dǎo)致的諧波電流的作用。另外，由于采用該方法獲得 的補(bǔ)償電流指令中包含著基波負(fù)序電流及諧波電流成分，按此結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償控制，可W同 時(shí)達(dá)到治理諧波及平衡Ξ相負(fù)荷的理想效果。
[0146] 其所取得的理想效果可W通下述仿真實(shí)驗(yàn)得到充分的驗(yàn)證：
[0147] 實(shí)驗(yàn)一：
[0148] 主電路圖如圖8所示，對(duì)電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)無(wú)崎變且Ξ相負(fù)載平衡的穩(wěn)態(tài)情況下的檢 測(cè)效果進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖9所示，由圖9可知本發(fā)明基于瞬時(shí)電壓矢量定向的ip-iq 補(bǔ)償電流檢測(cè)方法能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出負(fù)載基波電流和諧波電流分量。
[0149] 實(shí)驗(yàn)二：
[0150] 主電路圖如圖10所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)在電源側(cè)增加 Ξ相可控整流橋帶阻容性負(fù)載，其中 Rx=0.1Q，Cx = 0.1F，模擬因外部大型諧波源導(dǎo)致電網(wǎng)電壓發(fā)生崎變的情況。分別對(duì)本發(fā)明 基于瞬時(shí)電壓矢量定向的ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法與傳統(tǒng)ip-iq法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖 11、圖12和圖13共同所示。
[0151] 通過(guò)兩者的對(duì)比可W看出，在電網(wǎng)電壓發(fā)生崎變的情況下，采用傳統(tǒng)的ip-iq法得 出的基波電流為純正弦波波形，而采用本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法得出的基波電流為具有 一定崎變率的且波形變化與崎變電壓相似度較高的非純正弦波波形;從檢測(cè)的諧波電流的 有效值來(lái)看，采用傳統(tǒng)ip-iq法得出的結(jié)果遠(yuǎn)大于采用本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法得出的 結(jié)果(大于20%)，運(yùn)一點(diǎn)正體現(xiàn)了本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法的優(yōu)勢(shì)。在電網(wǎng)并聯(lián)補(bǔ)償與 濾波應(yīng)用中，理想的效果應(yīng)該是W電網(wǎng)電壓波形和相位為依據(jù)，使實(shí)際的電流波形向電壓 波形逼近，使實(shí)際的電流相位向電壓相位靠近，而不應(yīng)該把補(bǔ)償與濾波的目標(biāo)定為純正正 弦波。
[0152] 實(shí)驗(yàn)三;
[0153] 試驗(yàn)條件為Ξ相電源電壓改為逆相序。分別對(duì)本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法與傳統(tǒng) ip-iq法進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果如圖14和圖15共同所示。由圖14可知本發(fā)明ip-iq補(bǔ)償電流檢 測(cè)法在電網(wǎng)電壓相序錯(cuò)位時(shí)仍能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出負(fù)載基波電流和諧波電流分量，即本發(fā)明 ip-iq補(bǔ)償電流檢測(cè)法具有電壓相序自動(dòng)識(shí)別與適應(yīng)能力；由圖15可知傳統(tǒng)ip-iq法在電網(wǎng) 電壓相序錯(cuò)位時(shí)負(fù)載基波電流和諧波電流檢測(cè)均異常，即該方法在電源電壓相序錯(cuò)位時(shí)不 能夠正常工作。
[0154] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，其特征是:包括以下步驟： (1) 采集三相電壓和三相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行三相至兩相的坐標(biāo)變換，得到兩相瞬 時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流； (2) 通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算三相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與余弦 信號(hào)； (3) 根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投影，得到 瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流； (4) 分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基波正 序電流分量進(jìn)行兩相至三相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到三相電流中的基波電流分量； (5) 利用三相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到三相補(bǔ)償電流。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，其特征 是:所述步驟(1)中，三相至兩相坐標(biāo)變換的步驟如下：3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，其特征 是:所述步驟(3)中，具體步驟為： 根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論的基本定義，三相電路瞬時(shí)有功電流％和瞬時(shí)無(wú)功電流iq分別 為兩相瞬時(shí)電流ia、ie在電壓矢量e及其法線上的投影，即為：4. 所述步驟(4)中，利用低通濾波器從瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流中分裂出直流分 量;兩相變?nèi)嘧鴺?biāo)變換的步驟如下：5. -種應(yīng)用于單相系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，其特征 是:包括以下步驟： (1) 將單相電壓和單相電流視作三相電路中的A相電壓和A相電流，按照三相對(duì)稱(chēng)的原 則構(gòu)造出B、C相電壓及電流； (2) 對(duì)三相電壓和三相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行三相至兩相的坐標(biāo)變換，得到兩相瞬時(shí) 電壓和兩相瞬時(shí)電流； (3) 通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算三相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與余弦 信號(hào)； (4) 根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投影，得到 瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流； (5) 分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基波正 序電流分量進(jìn)行兩相至三相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到三相電流中的基波電流分量； (6) 利用三相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到三相補(bǔ)償電流。6. 如權(quán)利要求5所述的一種應(yīng)用于單相系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電 流檢測(cè)方法，其特征是:所述步驟(1)的具體方法為： 定義所述單相系統(tǒng)中的單相電壓為es，單相電流為is，則： ea = es，))#ea 延時(shí) 120° 得 eb，))#ea 延時(shí) 240° 得 ec; ia=isJ_ia 延時(shí) 120° 得 iU_ia 延時(shí) 240° 得 ic。7. -種應(yīng)用于三相四線制系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法， 其特征是:包括以下步驟： (1) 采集三相電壓和三相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行三相至兩相與零軸的坐標(biāo)變換，得到 兩相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流； (2) 通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算三相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與余弦 信號(hào)； (3) 根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相與零軸瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投 影，得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流； (4) 分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基波正 序電流分量進(jìn)行兩相至三相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到三相電流中的基波電流分量； (5) 利用三相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到三相補(bǔ)償電流。8. 如權(quán)利要求7中所述的一種應(yīng)用于三相四線制系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向 的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，其特征是:所述步驟(1)中，坐標(biāo)變換的方法為：9. 如權(quán)利要求7中所述的一種應(yīng)用于三相四線制系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向 的補(bǔ)償電流檢測(cè)方法，其特征是:所述步驟(3)中，具體方法為：10. -種應(yīng)用于任意次諧波檢測(cè)系統(tǒng)中的基于瞬時(shí)空間電壓矢量定向的補(bǔ)償電流檢測(cè) 方法，包括以下步驟： (1) 采集三相電壓和三相電流的瞬時(shí)值，分別進(jìn)行三相至兩相與零軸的坐標(biāo)變換，得到 兩相瞬時(shí)電壓和兩相瞬時(shí)電流； (2) 通過(guò)兩相瞬時(shí)電壓計(jì)算三相合成旋轉(zhuǎn)電壓矢量的相位角所對(duì)應(yīng)的正弦信號(hào)與余弦 信號(hào)； (3) 根據(jù)兩相瞬時(shí)電流值和電壓矢量，求取兩相與零軸瞬時(shí)電流值在電壓矢量上的投 影，得到瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流； (4) 分離瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流的直流分量，求取基波正序電流分量，對(duì)基波正 序電流分量進(jìn)行兩相至三相的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到三相電流中的基波電流分量； (5) 令欲檢測(cè)的諧波電流為第k次諧波電流，根據(jù)第k次諧波電流對(duì)應(yīng)交變頻率為k-Ι倍 的基波頻率，構(gòu)建k倍于基波頻率的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，即可求得k次諧波電流分量； (6) 利用三相電流瞬時(shí)值分別減去基波電流分量得到三相補(bǔ)償電流。
【文檔編號(hào)】G01R19/06GK105823921SQ201610382522
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年6月1日
【發(fā)明人】尹春杰, 段培永, 丁緒東, 張玫, 王芳, 石磊
【申請(qǐng)人】山東建筑大學(xué), 山東星銳電力科技有限公司