一种基于SDFT算法的无功、不平衡与谐波检测方法技术

本申请公开了基于SDFT算法的基波无功、不平衡以及谐波检测的方法，包括将三相交流信号以固定采样周期进行采样，得到离散采样数据；求取零序分量，同时得到去除零序分量的结果；将采样数据进行SDFT变换，得到每个电流量在基波周期点数下的积分结果；根据DFT的计算公式，修正各电流量的积分值，替换SDFT运算的结果；结合电网电压锁相结果，根据计算公式得到基波无功与不平衡分量，根据相位关系可得到谐波分量的瞬时值；旋转因子利用查表法得到，只保存正弦值表，可减少内存使用；能够消除迭代累积误差引起的稳定性问题。

A Reactive Power, Unbalance and Harmonic Detection Method Based on SDFT

The present application discloses a method for detecting fundamental reactive power, unbalance and harmonics based on SDFT algorithm, including sampling three-phase AC signals in a fixed sampling period to obtain discrete sampling data, calculating zero-sequence components and getting the results of removing zero-sequence components, SDFT transformation of sampling data to obtain the integration results of each current quantity at the points of fundamental period, and DF. The calculation formula of T corrects the integral value of each current quantity and replaces the result of SDFT calculation; combines with the result of voltage phase-locked of power grid, the fundamental reactive power and unbalanced component are obtained according to the calculation formula, and the instantaneous value of harmonic component can be obtained according to the phase relationship; the rotation factor is obtained by looking up table method, and only the sinusoidal value table is saved, which can reduce the memory usage caused by the accumulated error of iteration. Stability problem.

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDFT算法的无功、不平衡与谐波检测方法
本专利技术属于本专利技术涉及电力系统电能质量领域，主要针对电能质量中无功、不平衡和谐波信号的检测。
技术介绍
随着电力电子技术与信息技术的高速发展，各类非线性器件的广泛应用，电网规模的扩大以及复杂度的提高，电能质量问题越来越成为供电企业以及用户日益关注的重点。无功消耗、三相不平衡现象以及谐波干扰等检测与治理是现今电能质量最为关注的问题。对于基波无功和谐波问题的检测，常用的方式包括傅里叶变换、瞬时无功功率法、同步测定法等算法，对于三相不平衡的检测，常用的方法为对称分量法。SDFT算法具有傅里叶变换的特征，同时具有运算量小等特点，对于谐波检测具有明显优势。同时由于SDFT的灵活性，因此其在基波无功以及三相不平衡检测方面同样适用。SDFT算法与DFT原理相同，是DFT的一种快速计算方式，寻找前一时刻信号的DFT结果Xn-1(k)与后一时刻信号的DFT结果Xn(k)的关系，利用迭代的方式计算Xn(k)。根据SDFT的坐标轴不同，现有两种SDFT算法。第一种算法，若将所有时刻信号放在同一个时间轴，每次滑动之后旋转因子也随之变化，即考虑时间的因素，如图1所示，其表达式为：Xm+1(k)＝Xm(k)+(x(N+m)-x(m))e-j2πmk/N(1)其中，可设x(0)～x(N-1)的初始值均为0，此时Xm(k)的初始值为0；m是SDFT滑动的点数，初始值m＝0；k为谐波次数；x(N+m)为当前进行SDFT的最后一个采样点，x(m)是上一周期进行SDFT的首个采样点。旋转因子随时间推移而周期性改变，当数据移动时x(0)→x(n)，它的基的初相位也在以相同的角速度进行旋转e-j2π0k/N→e-j2πnk/N，数据相角与旋转因子的基相位永远是一个恒定的夹角，因此(1)得到的值是一个相对值，在信号稳态时，其结果为一恒定值。第二种算法，若所有信号起始位置相同，每次得到的Xm+1(k)均为利用DFT运算公式得到的结果，即不考虑时间因素，如图2所示，其表达式为：Xm+1(k)＝(Xm(k)+x(N+m)-x(m))ej2πk/N(2)旋转因子始终不变，当数据移动时x(0)→x(n)，它的基的初相位不变e-j2π0k/N→e-j2π0k/N，数据相位不断变化，基保持不变，因此(2)式得到的结果是一个绝对值，即信号的瞬时值。对于利用查表法得到的旋转因子，无法避免其存在的量化误差。二者对于量化误差的累积效果是存在区别的。对于公式(1)，可得到如下递推公式：由此可知，当滑动的点数m超过一个采样周期N时，便可以进行化简计算。对求和内部进行展开，如图3所示。其中，左中右三部分分别代表x(N+n)、x(n)和e-j2πnk/N。当滑动点数超过一个周期时，计算结果只保留了N个点的误差累积，不会由于滑动点增加而造成更高的运算误差。对于公式(2)，可得到如下递推公式：每次滑动运算时，旋转因子都要进行乘法运算，运算误差无法相互抵消，因此误差会不断累积。考虑到两种算法的优缺点，从稳定性的角度讲，第一种的SDFT算法的稳定性高于第二种算法的SDFT算法，因此本专利技术采用的是第一种的SDFT算法进行无功、不平衡以及谐波信号的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于SDFT算法的基波正序无功信号、基波负序信号以及谐波信号的检测方法，所有检测方法均在ABC三相进行，该方法可以有效消除由于干扰以及迭代运算造成的累积误差，且算法运算量小，适合信号的实时检测。本专利技术提供一种基于SDFT算法的电流信号无功与不平衡分量的检测方法，包括：将三相电流的信号进行采样，求得三相信号的零序分量，并将三相采样信号减去零序分量得到三相去零电流信号；依据采样顺序与周期点数N，根据SDFT算法的递归规则，对三相去零电流信号以及零序分量信号进行不同相移的k＝1的SDFT运算；每次经过SDFT运算后，利用单点DFT运算依次修正三相去零电流信号以及零序分量信号的SDFT结果中正弦项和余弦项的其中一项，每个周期修正的结果作为该项当前周期的输出，同时也作为下一周期的输入；经过8个基波周期后三相去零电流信号以及零序分量信号的SDFT结果的每一项都经过修正，此时再进行下一循环的修正；结合锁相电压，利用公式进行基波正序无功分量、负序无功/有功分量以及零序无功/有功分量，即基波无功与不平衡分量。其中，还包括：利用环形缓冲器对输入的三相电流采样信号进行缓存与替换。每一相的旋转因子利用查表法得到，保留旋转因子的正弦项sin(2πi/N)，i＝0,1,...,N-1，将其储存于查询表中，用查表法得到旋转因子的值。其中，N为一个基波周期的点数，同时也是做SDFT的点数。保存的查找表为A相旋转因子的正弦项，对于A相旋转因子余弦项以及BC两相的旋转因子，通过改变查表下标的方式得到。本专利技术提供一种基于SDFT算法的谐波检测方法，包括：将待求谐波次数{ki},i＝1,2,...,K存入表中，依据采样顺序与基波周期点数N，根据SDFT算法的递归规则，对三相输入信号进行不同谐波次数k＝ki的SDFT运算，得到各次谐波三相电流信号的SDFT结果；完成所有谐波信号的SDFT运算后，对各次谐波信号进行修正，修正周期取决于谐波的总次数，修正方式与基波信号的修正方式相同，修正的结果作为该项当前周期的输出，亦是下一周期的输入；得到SDFT结果后，可以得到幅值信息，也可通过相位变换得到瞬时值，根据需求进行选择。其中，还包括：作SDFT运算的旋转因子利用保存的正弦表通过查表法得到。对于k次谐波，查表下标间隔为k，可避免旋转因子的乘法运算。本专利技术所提供的基于SDFT算法的基波电流无功和不平衡分量的检测方法，包括将三相电流进行采样与缓存，计算零序电流信号，对零序电流信号与三相去零电流信号进行k＝1的SDFT运算，再结合锁相得到的结果进行正序无功以及不平衡分量的有功值和无功值的计算；其中，对SDFT运算的结果需逐项修正，每个中断周期进行单点修正，N个中断周期完成单项修正，修正值作为该周期的SDFT运算值；本专利技术所提供的基于SDFT算法的谐波检测方法，包括将三相电流信号进行采样与缓存，确定待检测的谐波次数ki，执行k＝ki的SDFT运算，并根据相位变换得到谐波信号瞬时值；其中，谐波检测算法也包含修正环节，修正方式与基波相同。该方法涉及三相电流基波正序、负序、零序分量以及谐波分量的提取，针对存在无功电流、不平衡电流以及谐波电流的情况进行实时检测。该方法为了能够消除由于干扰以及迭代误差造成的稳定性问题，在多个基波周期点进行一次修正，保证运算的准确性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例所提供的第一种SDFT算法的示意图；图2为本专利技术实施例所提供的第二种SDFT算法的示意图；图3为本专利技术实施例所提供的第一种SDFT算法的累积误差示意图；图4为本专利技术实施例所提供的基波无功与不平衡电流检测方法的流程图；图5为本专利技术实施例所提供的谐波电流检测方法的流程图；图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SDFT算法的无功与不平衡分量检测的方法，其特征在于，包括：将三相电流信号以一定采样频率进行采样，得到离散的采样值，采样值在ABC坐标系中；求其零序分量以及三相去零电流信号，利用SDFT算法得到各电流项在一个基波周期上的积分值；依据采样顺序与叠加周期，对SDFT运算项进行单点DFT计算的修正，其中，第i点的校正结果为第i点的DFT结果与第i‑1点的校正结果的累加值；当i＜N时，将当前周期的SDFT结果输出；当i＝N时，将当前修正的结果作为当前周期的SDFT运算结果输出；对所得SDFT运算结果，结合电网电压锁相结果，求得基波无功以及不平衡分量结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于SDFT算法的无功与不平衡分量检测的方法，其特征在于，包括：将三相电流信号以一定采样频率进行采样，得到离散的采样值，采样值在ABC坐标系中；求其零序分量以及三相去零电流信号，利用SDFT算法得到各电流项在一个基波周期上的积分值；依据采样顺序与叠加周期，对SDFT运算项进行单点DFT计算的修正，其中，第i点的校正结果为第i点的DFT结果与第i-1点的校正结果的累加值；当i＜N时，将当前周期的SDFT结果输出；当i＝N时，将当前修正的结果作为当前周期的SDFT运算结果输出；对所得SDFT运算结果，结合电网电压锁相结果，求得基波无功以及不平衡分量结果。2.如权利要求1所述的基于SDFT算法的无功与不平衡分量检测的方法，其特征在于，利用环形缓冲器将三相采样电流数据进行缓存，缓存区大小仅需一个周期三相电流采样数据个数。3.如权利要求2所述的基于SDFT算法的无功与不平衡分量检测的方法，其特征在于计算旋转因子的正弦项sin(2πi/N)，保存在查询表中，利用查表法...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文涛，王思敏，牛轲，张鹏程，郭志强，宁振，
申请(专利权)人：徐文涛，王思敏，牛轲，青岛鼎信通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏,64