一種改進(jìn)的ip-q諧波電流檢測(cè)方法

一種改進(jìn)的ip-q諧波電流檢測(cè)方法

0基于基波功能理論的知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理的諧波檢測(cè)方法在現(xiàn)代社會(huì)，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(yán)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(yùn)行與正常使用。研究電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題已經(jīng)變的非常重要,對(duì)諧波進(jìn)行檢測(cè)是研究諧波問(wèn)題的一個(gè)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(cè)方法中,基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq諧波檢測(cè)方法是應(yīng)用較多的一種。該方法具有諸多優(yōu)點(diǎn),比如檢測(cè)電路簡(jiǎn)單、延時(shí)少、實(shí)時(shí)性好等。此方法能夠檢測(cè)出電流基波分量和電流總的諧波分量,對(duì)于檢測(cè)出系統(tǒng)總的諧波分量具有較高的準(zhǔn)確性。而在實(shí)際諧波電流的治理中,需要檢測(cè)出具體的高次諧波電流分量。傳統(tǒng)的ip-iq檢測(cè)方法已經(jīng)滿足不了這種高次諧波電流的檢測(cè)需求了。對(duì)此,本文在介紹傳統(tǒng)的ip-iq電流諧波檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上,對(duì)具體高次諧波電流的檢測(cè)提出了一種改進(jìn)的ip-iq諧波檢測(cè)方法。1基于數(shù)字低通濾波器的諧波檢測(cè)傳統(tǒng)的ip-iq檢測(cè)方法是在瞬時(shí)無(wú)功功率理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來(lái)的。瞬時(shí)無(wú)功功率理論是在1983年由日本學(xué)者赤木泰文先生提出的,主要是針對(duì)三相三線制電路諧波的實(shí)時(shí)檢測(cè)。瞬時(shí)無(wú)功功率理論的基本思想是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)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(guò)低通濾波器提取出包含基波分量的直流量,再進(jìn)行反變換來(lái)得到基波分量。根據(jù)文獻(xiàn),有:u02=3U2/2,把式(3)和式(4)結(jié)合得:式中ipz、iqz是直流分量,對(duì)應(yīng)于iA、iB、iC中的基波分量;ipj、iqj是交流分量,對(duì)應(yīng)于iA、iB、iC的諧波分量?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)字低通濾波器從ip、iq中分離出ipz、iqz,再由式(2)、(5)進(jìn)行反變換可得ABC三相坐標(biāo)下的基波電流分量,即:最后,三相電流瞬時(shí)值減去三相基波電流就得到三相瞬時(shí)諧波電流。圖1所示為傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測(cè)方法的原理圖。圖1中,A相電壓uA通過(guò)PLL和正、余弦函數(shù)發(fā)生器得到正、余弦信號(hào),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(cè)方法原理由前述ip-iq諧波檢測(cè)方法可知,傳統(tǒng)的ip-iq法只能檢測(cè)出基波和總的諧波分量,但不能檢測(cè)出具體的高次諧波分量。為了能夠檢測(cè)具體的高次諧波,需要對(duì)傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測(cè)法改進(jìn),首先把C1矩陣中的角頻率ω變?yōu)閗ω,進(jìn)行倍頻旋轉(zhuǎn)變換,然后加入諧波電流負(fù)序分量的檢測(cè)環(huán)節(jié),這樣就彌補(bǔ)了圖1檢測(cè)方法遺漏諧波負(fù)序分量的缺點(diǎn),提高了高次諧波檢測(cè)的精度。對(duì)于高次諧波電流負(fù)序分量的檢測(cè)環(huán)節(jié),只需把式(1)中三相瞬時(shí)電壓uA、uB、uC的相序改寫為負(fù)序的形式,就可以檢測(cè)出。具體負(fù)序分量檢測(cè)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(guò)LPF分離出直流分量直流分量再根據(jù)式(10)、式(2)進(jìn)行反變換就可以得到ABC坐標(biāo)下的諧波負(fù)序分量,即:按照改進(jìn)檢測(cè)方法的思路,具體的高次諧波檢測(cè)過(guò)程為:第一步,三相電流iA、iB、iC分別通過(guò)正序變換矩陣C32C1+和負(fù)序變換矩陣C32C1-得到正序量ip+、iq+和負(fù)序量ip-、iq-;接著,正序量ip+、iq+和負(fù)序量ip-、iq-分別經(jīng)過(guò)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(guò)正序反變換C2+C23和負(fù)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(fù)序分量iAk、iBk、iCk;第三步,正序分量和負(fù)序分量二者相加就得出所要檢測(cè)的高次諧波分量。圖2所示為高次諧波檢測(cè)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(fù)序的正余弦變換矩陣,有3檢測(cè)方法仿真先使用Matlab軟件對(duì)傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測(cè)方法進(jìn)行仿真,用圖1方法檢測(cè)電流基波分量和電流總諧波分量;然后再用Matalab對(duì)改進(jìn)的ip-iq諧波檢測(cè)方法進(jìn)行仿真,分別用圖1方法和圖2方法檢測(cè)具體某高次諧波分量。假設(shè)待檢測(cè)信號(hào)為:信號(hào)采樣頻率為每個(gè)工頻周期內(nèi)的采樣128點(diǎn),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(cè)方法能準(zhǔn)確的檢測(cè)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(cè)某高次諧波分量時(shí),以三次諧波為例。檢測(cè)仿真圖如圖5和圖6所示。由圖5和圖6的仿真結(jié)果對(duì)比可看出,圖2方法可以檢測(cè)出三次諧波中的正序分量、負(fù)序分量進(jìn)而能檢測(cè)出三次諧波,而圖1方法只能檢測(cè)出三次諧波中的正序分量。因此,用圖2方法檢測(cè)高次諧波比用圖1方法檢測(cè)更精確。4ip-方式諧波檢測(cè)傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測(cè)方法在實(shí)際中的應(yīng)用中,主要用于對(duì)電流基波分量和諧波分量的檢測(cè),具有很好的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。但是,用它對(duì)具體高次諧波分量的檢測(cè)時(shí),就會(huì)存在誤差比較大的缺點(diǎn),對(duì)于這一點(diǎn),本文在圖1所示的傳統(tǒng)諧波電流檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上提出了一種更適合于高次諧波檢測(cè)的改進(jìn)ip-iq諧波檢測(cè)方法。Matlab仿真結(jié)果表明:改進(jìn)的ip-iq諧波檢測(cè)方法在高次諧波檢測(cè)方面比傳統(tǒng)的ip-iq檢測(cè)方法具有更好的可靠性,更加適合于對(duì)某高次諧波電流的實(shí)用檢測(cè),而圖1所示的傳統(tǒng)ip-iq諧波檢測(cè)方法則比較適合于基波和總諧波的檢測(cè)。假設(shè)電路為三相三線制,三相瞬時(shí)電壓分別為uA、uB、uC,其幅值為U。三相瞬時(shí)電流分別為iA、iB、iC,通過(guò)ABC三相與α-β兩相的坐標(biāo)變換,電壓、電流分別變換到兩相正交的坐標(biāo)系中,在兩相坐標(biāo)系中的瞬時(shí)電壓,瞬時(shí)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(shí)有功功率p為電壓矢量u的模u0和三相瞬時(shí)有功電