一种基于复合广义积分的FBD谐波检测方法技术

一种基于复合广义积分的FBD谐波检测方法。通过观测虚拟磁链代替传统FBD谐波检测法中的锁相环。虚拟磁链通过降阶广义积分和二阶广义积分相结合的复合广义积分结构进行观测。前级降阶广义积分实现对电网电压的正负序分离，后级二阶广义积分生成与电网电压矢量正交的虚拟磁链信号并进一步抑制谐波。在检测中加入了锁频环和直流量消除结构，实现整个复合广义积分的频率自适应和直流分量抑制，大大提高了检测方法的适用性。本发明专利技术解决了目前改进的FBD检测法在电网电压严重畸变工况下检测精度不够好和结构复杂的问题，提供了一种不需要后期计算便可以直接实现正负序分离、内存消耗小、结构简单可靠的基于复合广义积分的FBD谐波检测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合广义积分的FBD谐波检测方法
本专利技术涉及电力系统的谐波检测方法，具体是一种基于复合广义积分的FBD谐波检测方法。
技术介绍
电力系统发展到今天，已有大量的电力电子设备和各种非线性负荷接入电网，电网谐波污染愈发严重，若不加以治理，将严重影响电网稳定、安全运行。有源滤波器作为治理谐波的一种有效设备，已经得到广泛的应用。其中谐波检测部分是有源滤波器的关键部分，保证有源滤波器功能高效实现.当前有许多谐波检测方法，包括快速傅里叶变换法和瞬时无功功率法等，相比于其他谐波检测方法，FBD谐波检测法具有结构简单，无复杂坐标变换的优点。在能精确获得电网电压相位信息的情况下，FBD谐波检测法可以快速准确检测出电网谐波。但传统的FBD谐波检测法通过锁相环检测电网电压相位，而锁相环仅能在电网电压平衡无畸变的工况下精准锁相，因此传统FBD谐波检测法适应性差，难以满足现代电力系统的需求。介于此，各种改进的谐波检测方法被提出。目前对FBD检测法的改进主要集中在对其锁相环(phase-lockedloop,PLL)的改进。第一种是坐标变换的方法，包括双同步、多同步坐标变换，但坐标变换的方法比较复杂，需要多个解耦环节。第二种则是采用积分器产生电压同步信号，包括正弦幅值积分、降阶广义积分、二阶广义积分器以及级联二阶广义积分器等，但这几种积分器在检测精度和结构复杂性上都具有一定的提高空间。当前亟需提出一种结构简单、检测结果精确的方法，以满足现代电力系统的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单，不需要后期计算便可以直接实现正负序分离、内存消耗小、检测结果精确的基于复合广义积分的FBD谐波检测方法。本专利技术的目的是这样达到的：基于复合广义积分的FBD谐波检测方法，通过观测虚拟磁链代替传统FBD谐波检测法中的锁相环；虚拟磁链通过降阶广义积分和二阶广义积分相结合的复合广义积分结构进行观测：前级降阶广义积分实现对电网电压的正负序分离，后级二阶广义积分生成与电网电压矢量正交的虚拟磁链信号并进一步抑制谐波；具体步骤是：步骤1：由电网电流和与电网电压同步的正余弦信号获得等效有功电导Gp(t)：式中，u为电网电压，u＝[ua,ub,uc]T，i为电网电流，i＝[ia,ib,ic]T，分别为n次谐波电流正序和负序幅值；分别为n次谐波电流正序和负序的初相角；步骤2：获得的等效有功电导经过低通滤波器得到直流等效有功电导将直流等效有功电导与相应正余弦信号相乘得到三相基波正序有功电流；当有源滤波器既补偿谐波又补偿无功时，将电网电流与基波正序有功电流做差，得到补偿指令信号；当有源滤波器仅补偿谐波电流时，将电网电流与基波正序有功电流和无功电流做差，得到补偿指令信号；步骤3：与电网电压同步的正余弦信号由虚拟磁链观测模块和正余弦信号计算模块获得：首先通过Clark变换，将电网三相电压信号变换为静止坐标系下的两相信号，此信号经过虚拟磁链观测模块生成与电网电压矢量正交的虚拟磁链，虚拟磁链再输入至正余弦信号计算模块计算生成与电网电压同步的正余弦信号；步骤4：虚拟磁链通过复合广义积分结构来观测，复合广义积分由降阶广义积分与二阶广义积分相串联的方式实现；前级降阶广义积分对来自电网的电压信号进行正负序分离，输出的电网电压正序信号作为后级二阶广义积分的输入，在二阶广义积分正交特性的作用下获得与电网电压矢量同相的电压信号和与电网电压矢量正交的虚拟磁链信号步骤5：对锁相电路输出的虚拟磁链计算获得与电网电压同步的正余弦信号，已知电网电压矢量角θe与虚拟磁链角θ存在关系电网电压矢量角又滞后电网A相电压相位角θa90°，因此，与电网电压同步的正余弦信号表示为：步骤6：在前级降阶广义积分器加入锁频环实现整个复合广义积分的频率自适应，避免由于电网频率偏移造成的谐波检测精度下降；步骤7：引入后级二阶广义积分的误差信号，通过虚拟磁链与误差信号做差的方式消除直流分量的影响；步骤8：将正余弦发生器输出的正余弦信号代入FBD谐波检测方法中，精确检测电网谐波。锁频环的输入信号包括两部分，一部分是α轴的误差信号与其正交信号的乘积，另一部分是β轴的误差信号与其正交信号的乘积。输入信号含有ω′-ω这一频率估计所需要的误差信号，ω′为锁频环输出频率，ω为电网频率。当ω′>ω，大于0，反之小于0，因此当经过一个负的增益系数和积分控制器，使此时ω′＝ω，实现频率自适应。降阶广义积分器的输出为二阶广义积分器的输入，经过前级降阶广义积分的正负序分离以及滤波作用，二阶广义积分的输入信号仅包括电压正序基波和直流量；二阶广义积分的输入到误差的传递函数具有陷波特性，陷波频率与基波频率相等，因此二阶广义积分器的误差信号仅有直流量，采用虚拟磁链与误差信号做差就能消除直流分量的影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)通过观测虚拟磁链替代传统FBD谐波检测法的锁相环，采用一种无锁相环的谐波检测方法，避免锁相环在复杂工况下锁相误差大的问题，且结构简单实用，适于推广。(2)虚拟磁链通过降阶广义积分与二阶广义积分相串联的结构观测，不需要后期计算就可以直接获得正序虚拟磁链。(3)前级降阶广义积分对电网电压进行正负序分离，并对电网电压中的谐波加以抑制。(4)降阶广义积分输出的正序电网电压输送至后级二阶广义积分器，二阶广义积分器生成与电网电压正交的虚拟磁链，同时进一步抑制电网电压信号中的谐波和噪声。(5)引入锁频环，实现频率自适应，使所提方法在电网频率波动时依旧有较好的检测效果。(6)设计了一种直流分量滤除环节，检测效果不受输入信号中的直流分量影响，进一步提高所提方法的适应性。附图说明图1为本专利技术提出的复合广义积分FBD谐波检测法原理图；图2为降阶广义积分幅频特性曲线；图3为复合广义积分结构图；图4为直流分量消除结构图；图5为复杂工况下检测到的基波电流波形；图6为频率自适应环节的输出频率；图7为网侧电压含不对称直流时检测到的A相基波电流有效值。具体实施方式为了使本专利技术的实施方案和优势更清晰，下面将结合附图，介绍具体的工作原理，同时通过实例对本专利技术作进一步阐述。本专利技术通过观测虚拟磁链代替传统FBD谐波检测法中的锁相环。虚拟磁链通过降阶广义积分和二阶广义积分相结合的复合广义积分结构进行观测：前级降阶广义积分实现对电网电压的正负序分离，后级二阶广义积分生成与电网电压正交的虚拟磁链信号并进一步抑制谐波。同时，在降阶广义积分中引入锁频环，实现频率自适应，设计了直流分量滤除环节，使得检测效果不受输入信号中的直流分量影响，进一步提高所提方法的适用性。根据图1，电网电流和与电网电压同步的正余弦信号获得等效有功电导：式中，u为电网电压，u＝[ua,ub,uc]T，i为电网电流，i＝[ia,ib,ic]T，分别为n次谐波电流正序和负序幅值；分别为n次谐波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复合广义积分的FBD谐波检测方法，其特征在于：通过观测虚拟磁链代替传统FBD谐波检测法中的锁相环；虚拟磁链通过降阶广义积分和二阶广义积分相结合的复合广义积分结构进行观测：前级降阶广义积分实现对电网电压的正负序分离，后级二阶广义积分生成与电网电压矢量正交的虚拟磁链信号并进一步抑制谐波；具体步骤是：/n步骤1：由电网电流和与电网电压同步的正余弦信号获得等效有功电导G

【技术特征摘要】
1.一种基于复合广义积分的FBD谐波检测方法，其特征在于：通过观测虚拟磁链代替传统FBD谐波检测法中的锁相环；虚拟磁链通过降阶广义积分和二阶广义积分相结合的复合广义积分结构进行观测：前级降阶广义积分实现对电网电压的正负序分离，后级二阶广义积分生成与电网电压矢量正交的虚拟磁链信号并进一步抑制谐波；具体步骤是：
步骤1：由电网电流和与电网电压同步的正余弦信号获得等效有功电导Gp(t)



式中，u为电网电压，u＝[ua,ub,uc]T，i为电网电流，i＝[ia,ib,ic]T，分别为n次谐波电流正序和负序幅值；分别为n次谐波电流正序和负序的初相角；
步骤2：获得的等效有功电导经过低通滤波器得到直流等效有功电导将直流等效有功电导与相应正余弦信号相乘得到三相基波正序有功电流；当有源滤波器既补偿谐波又补偿无功时，将电网电流与基波正序有功电流做差，得到补偿指令信号；当有源滤波器仅补偿谐波电流时，将电网电流与基波正序有功电流和无功电流做差，得到补偿指令信号；
步骤3：与电网电压同步的正余弦信号由虚拟磁链观测模块和正余弦信号计算模块获得：首先通过Clark变换，将电网三相电压信号变换为静止坐标系下的两相信号，此信号经过虚拟磁链观测模块生成与电网电压矢量正交的虚拟磁链，虚拟磁链再输入至正余弦信号计算模块计算生成与电网电压同步的正余弦信号；
步骤4：虚拟磁链通过复合广义积分结构来观测，复合广义积分由降阶广义积分与二阶广义积分相串联的方式实现；前级降阶广义积分对来自电网的电压信号进行正负序分离，输出的电网电压正序信号作为后级二阶广义积分的输入，在二阶广义积分正交特性的作用下获得与电网电压矢量同...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾成碧，李苏丹，苗虹，童广，朱胤杰，王翰文，陈林，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51