一种统一电能质量调节器及其用于谐波畸变量检测的方法技术

本文发明专利技术公开了一种统一电能质量调节器，该调节器包括电压电流采集模块，模数转换模块，DSP运算控制模块，驱动电平转换模块，由串联型APF、并联型APF及直流侧电容组成的主电路。针对传统基于瞬时无功功率理论的检测算法在电网电压畸变时不能准确检测畸变量的问题，本发明专利技术还提出了一种统一电能质量调节器用于谐波畸变量检测的方法，提出改进的同步旋转坐标变换畸变量综合检测方法，且该方法中的新型数字低通滤波器，采用改进的滑动平均滤波器与巴特沃斯滤波器串联而成来代替传统的低通滤波器，大大减少了计算量与存储空间，并加快动态响应速度，能够快速准确的进行电网电压及负载电流畸变量的检测。

A unified power quality regulator and its application to harmonic distortion detection

A unified power quality conditioner is disclosed, which includes voltage and current acquisition module, analog to digital conversion module, DSP operation control module, drive level conversion module, and main circuit composed of series APF, parallel APF and DC side capacitance. According to the traditional detection algorithm based on instantaneous reactive power theory in power grid voltage distortion cannot accurately detect distortion problems, the invention also provides a unified power quality conditioner method for harmonic distortion detection, proposed synchronous rotating coordinate transformation distortion detection method of the improved model, digital low-pass filter and in this method, a low pass filter using the improved moving average filter and Butterworth filter in series to replace the traditional, greatly reducing the amount of calculation and storage space, and quicken the dynamic response speed, can quickly and accurately the grid voltage and load current detection distortion.

【技术实现步骤摘要】
一种统一电能质量调节器及其用于谐波畸变量检测的方法
本专利技术属于电力电子领域，具体涉及一种统一电能质量调节器及其用于谐波畸变量检测的方法。
技术介绍
随着时代的进步，电能在社会生产和人们的日常生活中发挥的作用越来越大。随着多元化负荷的不断使用，由非线性负载引起的电能质量问题不断增多；与此同时，随着新兴电子设备的不断出现，人们对电能质量的要求不断提高，高质量的电能已经成为时代的需求。因此，能够同时处理多种电能质量问题的统一电能质量调节器(UnifiedPowerQualityConditioner，UPQC)，得到越来越多人的关注与研究。UPQC的畸变量检测包括电网电压畸变量检测和负载电流畸变量检测。基于瞬时无功功率的p-q法和ip-iq法的电流畸变量检测算法，在电网电压发生畸变的情况下，不能准确的检测电流畸变量。UPQC的电压畸变量和电流畸变量检测必须在统一的基准下同时检测，才能确保UPQC的电压补偿与电流补偿同步。基于同步旋转坐标变换的畸变量综合检测算法，能准确地检测出电压畸变量与电流畸变量。它能够在三相电压不对称且发生畸变的情况下快速检测出基波正序电压，并将电压检测的结果用于谐波电流与无功电流的检测中，使电源参考电流一直跟踪基波正序电压的相位，在检测谐波的同时保证了无功电流的检测。同时该检测方无须对三相电压进行锁相或带通滤波，因此可避免由于锁相误差和带通滤波器的附加相移对检测结果的影响。而在基于同步旋转坐标变换的检测方法中，都要用到低通滤波器。低通滤波器的性能直接决定着检测方法的精确性和动态跟踪速度，其研究十分有必要。本专利技术通过对低通滤波器的性能进行改进，以提高检测方法的精确性和动态跟踪速度的及时性。
技术实现思路
本专利技术针对传统基于瞬时无功功率理论的p-q法、ip-iq法电压畸变时检测精度不高的问题，提出一种统一电能质量调节器及其用于谐波畸变量检测的方法，并将传统LPF低通滤波器替换为改进的新型数字低通滤波器。该方法不受电压波形畸变影响，并且采用新型数字低通滤波器后，在保证滤波精度的同时又减少了动态响应时间，从而获得高精度、快响应的检测效果，大大提高了统一电能质量调节器中谐波电压与谐波电流的检测精度与动态响应性能。本专利技术采用的技术方案如下：一种统一电能质量调节器，包括由串联型APF、并联型APF及直流侧电容组成的主电路，该调节器还包括电压电流检测模块、模数转换模块、DSP运算控制模块及驱动电平转换模块；所述电压电流检测模块、模数转换模块、DSP运算控制模块及驱动电平转换模块依次相连，然后与主电路连接。上述方案中，所述模数转换模块负责将采集到的电压与电流转换成可用于DSP计算的数字信号；所述DSP运算控制模块负责实现改进的同步旋转坐标变换畸变量综合检测方法；所述驱动电平转换模块负责将上述电网电压以及负载电流分别于反馈的补偿电流与电压运算，以获得驱动信号，使得驱动信号得以控制APF中IGBT的通断状态，从而控制主电路输出补偿电流与补偿电压。上述方案中，所述电压电流采集模块由霍尔传感器构成。上述方案中，所述主电路包括串联于电源与负载之间的串联型APF、与负载并联的并联型APF，两者共用直流环节；靠近电源侧的串联型APF补偿来自电网侧的电压谐波和抑制电压波动；并联型APF靠近负载侧，抑制各种非线性、冲击性负载引起的谐波与无功电流；所述直流侧电容通过并联型APF从电源侧吸收或释放有功功率来维持恒定。一种统一电能质量调节器用于谐波畸变量检测的方法，包括以下步骤：步骤1，将电流电压采集模块检测到的含畸变量的电网电压与负载电流信号输入模数转换模块进行模数转换；步骤2，将模数转换模块得到的数字信号输入DSP运算控制模块中；步骤3，DSP运算控制模块利用改进的同步旋转坐标变换畸变量综合检测方法对输入的数字信号进行计算，得到补偿电压与补偿电流，并将其转换为调制信号，再计算出响应的SPWM脉冲，输入驱动电平转换模块；步骤4，驱动电平转换模块发出信号控制主电路各个开关器件的通断；步骤5，通过控制主电路各个开关器件的通断，产生期望的补偿电压与补偿电流。进一步，所述步骤3改进的同步旋转坐标变换畸变量综合检测方法具体为：步骤3.1，含畸变量的电网电压数字信号经过同步旋转坐标变换矩阵后，得到d轴电压ud与q轴电压uq，然后经过新型数字低通滤波器，得到直流分量和从而求得基波电压与系统提供的正余弦信号之间的角度，即设定参考指令电压幅值为所以和分别乘以再经过同步旋转坐标变换逆矩阵后，便可获得与系统电压同相的三相对称基波电压uaf、ubf、ucf，基波电压与含畸变量的电网电压数字信号相减得到补偿电压量uca、ucb、ucc；步骤3.2，由步骤1得到的负载电流信号与步骤3.1得到的三相对称基波电压，分别通过实数矩阵c32变换到相互正交的ab坐标系上，进而通过计算得到有功功率p与无功功率q，再经过新型数字低通滤波器得到电流基波分量对应的有功功率与无功功率将经过两次反变换后得到基波电流分量iaf、ibf、icf，由负载电流减去基波电流得到补偿电流信号iah、ibh、ich。进一步，所述新型数字低通滤波器由改进的移动平均滤波器与设计的IIR滤波器级联而成，所述改进的移动平均滤波器的频率特性为其中M、N表示将传统的L阶移动平均滤波器所取的L个采样点分为N个部分，每个部分含M个采样点；Ts表示采样周期；G1(jω)为采样间隔是M·Ts、采样深度是M的移动平均滤波器的频率特性函数，G2(jω)为采样间隔是N·Ts、采样深度是N的移动平均滤波器的频率特性函数；所述设计的IIR滤波器，选用二阶巴特沃斯滤波器，利用matlab中的IIR滤波器设计工具，可得巴特沃斯滤波器的系统函数为将改进的移动平均滤波器与二阶巴特沃斯滤波器串联得到新型数字低通滤波器。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提出了一种统一电能质量调节器用于谐波畸变量检测的方法，能准确地检测出电压畸变量与电流畸变量，能在三相电压不对称且发生畸变的情况下快速检测出基波正序电压，并将电压检测的结果用于谐波电流与无功电流的检测中，使电源参考电流一直跟踪基波正序电压的相位，在检测谐波的同时保证了无功电流的检测。同时该检测方法无须对三相电压进行锁相或带通滤波，因此可避免由于锁相误差和带通滤波器的附加相移对检测结果的影响。2、本专利技术针对基于同步旋转坐标变换的畸变量综合检测算法中低通滤波器影响动态响应速度及滤波精度的问题，提出了将经改进的移动平均滤波器与巴特沃斯滤波器串联组成的新型数字低通滤波器。克服了传统移动平均滤波器检测精度不高，且占用芯片大量内存空间的问题，也克服了巴特沃斯滤波器动态响应速度慢的问题。结合两种滤波器的优点从而提高统一电能质量调机器的动态响应速度以及滤波精度。附图说明图1为本专利技术提出的统一电能质量调节器应用在三相电网中的结构示意图；图2为本专利技术提出的统一电能质量调节器用于谐波畸变量检测的方法原理框图；图3为图2中A部分的细节图；图4为含畸变量的电源侧电压波形图；图5为本专利技术提出的检测方法中补偿后负载侧电压波形图；图6为补偿前电源侧电流波形图；图7为本专利技术提出的检测方法中补偿后电源侧电流波形图；图8为本专利技术提出的检测方法中电源侧电流频谱分析图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种统一电能质量调节器，包括由串联型APF、并联型APF及直流侧电容组成的主电路，其特征在于，该调节器还包括电压电流检测模块、模数转换模块、DSP运算控制模块及驱动电平转换模块；所述电压电流检测模块、模数转换模块、DSP运算控制模块及驱动电平转换模块依次相连，然后与主电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种统一电能质量调节器，包括由串联型APF、并联型APF及直流侧电容组成的主电路，其特征在于，该调节器还包括电压电流检测模块、模数转换模块、DSP运算控制模块及驱动电平转换模块；所述电压电流检测模块、模数转换模块、DSP运算控制模块及驱动电平转换模块依次相连，然后与主电路连接。2.如权利要求1所述的一种统一电能质量调节器，其特征在于，所述模数转换模块负责将采集到的电压与电流转换成可用于DSP计算的数字信号；所述DSP运算控制模块负责实现改进的同步旋转坐标变换畸变量综合检测方法；所述驱动电平转换模块负责将上述电网电压以及负载电流分别于反馈的补偿电流与电压运算，以获得驱动信号，使得驱动信号得以控制APF中IGBT的通断状态，从而控制主电路输出补偿电流与补偿电压。3.如权利要求2所述的一种统一电能质量调节器，其特征在于，所述电压电流采集模块由霍尔传感器构成。4.如权利要求1所述的一种统一电能质量调节器，其特征在于，所述主电路包括串联于电源与负载之间的串联型APF、与负载并联的并联型APF，两者共用直流环节。5.如权利要求4所述的一种统一电能质量调节器，其特征在于，靠近电源侧的串联型APF补偿来自电网侧的电压谐波和抑制电压波动。6.如权利要求4所述的一种统一电能质量调节器，其特征在于，并联型APF靠近负载侧，抑制各种非线性、冲击性负载引起的谐波与无功电流。7.如权利要求4所述的一种统一电能质量调节器，其特征在于，所述直流侧电容通过并联型APF从电源侧吸收或释放有功功率来维持恒定。8.一种统一电能质量调节器用于谐波畸变量检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将电流电压采集模块检测到的含畸变量的电网电压与负载电流信号输入模数转换模块进行模数转换；步骤2，将模数转换模块得到的数字信号输入DSP运算控制模块中；步骤3，DSP运算控制模块利用改进的同步旋转坐标变换畸变量综合检测方法对输入的数字信号进行计算，得到补偿电压与补偿电流，并将其转换为调制信号，再计算出响应的SPWM脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宏，沈思伦，林勇，赵伟，卞瑞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32