一种基于电压矢量空间变换的谐波和无功电流检测方法技术

本发明专利技术针对ｉｐ－ｉｑ算法不能在非理想电网电压条件下准确获取基波正序有功电流的问题，提出一种基于空间电压矢量变换的谐波和无功电流检测方法，该方法将电流和电压均在ｉｐ－ｉｑ算法通道上进行坐标变换，获取三相基波正序电压的相位信息。定义一个ｐ－ｑ坐标系，在该坐标系下利用电流矢量在电压矢量及其法线上的投影来定义正确的正序有功分量和正序无功分量，然后，以此为参考量利用改进的ｉｐ－ｉｑ算法准确的求出了负载电流中的基波正序有功、基波正序无功分量、基波负序有功分量和基波负序无功分量，并把以上四种基波电流量的检测推广到任意次谐波电流量的检测，形成非理想电压下的电流检测体系，进而为各种不同的补偿需求提供合理的参考指令电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉以及各种电力电子设备的应用不断增加， 这些负荷的非线性、冲击性和不平衡性的用电特征，对供电质量造成了严重的污染，已成为 影响电能质量的主要原因。它们将产生的大量谐波和无功注入电网，电网的电压已被污染 成畸变、不对称的非理想电压源，严重影响电网安全和用电设备的使用寿命。因此，准确检 测出这些畸变、不对称电网下的电流的各种成分，包括基波正序电流有功分量、基波正序电 流无功分量、基波负序电流有功分量和基波负序电流无功分量，对评价电网电能质量、实现 谐波和无功电流的补偿，具有重要意义。有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)、STATC0M等装置因为其具有动态补 偿谐波和无功电流、响应快、受电网阻抗影响小、不容易与电网阻抗发生谐振、实时跟踪电 网频率变化、补偿性能不受电网频率变化的影响等优点，成为谐波治理和无功补偿的重要 手段，而谐波和无功电流的检测算法的准确性、实时性是谐波治理和无功补偿装置最基础、 最关键的问题。目前，谐波和无功电流检测主要有基于瞬时无功理论的p_q算法及其改进的、_、 算法和基于DFT这三类算法。DFT算法仅能检测出谐波电流，且计算复杂。ρ-q算法仅能在 三相电压正弦且对称时准确检测基波无功电流，ip-i,算法在电网电压存在畸变情况下能够 准确的检测出负载电流中的基波正序分量，却无法准确获取基波正序电流的有功和无功分量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，本 基于电压矢量空间变换的谐波和无功电流检测方法应用于电压发生畸变了的电网电压条 件下谐波和无功电流的检测与综合评价，可以作为电能质量的监控，也可以作为有源电力 滤波器、STATC0M等谐波和无功补偿装置的指令电流。本专利技术的技术解决方案如下—种基于空间电压矢量变换的谐波和无功电流检测方法，包括以下步骤步骤1 在三相三线制系统中将三相负载电流ila，ilb，I1。和三相电压Usa，Usb，Usc按 对称分量法分解 并且 其中，ω为电网基波角频率，I、U分别表示电流和电压的有效值；上标+、-、0分别 表示正序、负序和零序分量；下标η表示谐波次数；θ ” θ u分别表示电流和电压初相角，1 表示负载、s表示电源；步骤2 引入ρ-q坐标系的定义构造正余弦矩阵为 其中cot+γ为通过锁相环PLL检测到的a相电网电压相位，初相角、e ； 引入一个正交的p_q坐标系，如图3所示；图3中，& 、和^ S分别为其在p-q坐标系下矢量的p，q坐标。 在p-q坐标系下，电流矢量i在电压矢量U上的投影iu为瞬时正序有功电流矢量， 电流合成矢量i在电压合成矢量u法线方向上的投影^为瞬时正序无功电流矢量，三相电流 和三相电压变换到P-q坐标系的公式为'Kie a) h(eb)步骤3 计算基波正序有功电流及指令电流根据p-q坐标系的定义，将三相电流、电压分别变换到旋转坐标系中，得到p-q坐 标系下正序电流的P、q坐标分量ip、iq以及正序电压的P、q坐标分量up、Uq如下 将转换后的ip、iq和Up、U(1进行低通滤波处理后可分别得到直流电流分量/ 直流电压分量、、孓如下和 由于& &和、\只包含基波正序因子，根据上文对正序有功和无功电流的定 、 、义，求出瞬时基波正序有功电流矢量iu在p-q坐标系下的坐标i'。和广α: 将i' p、i' q反变换，计算出三相电流的基波正序有功分量V权 需要补偿的谐波、基波负序、基波无功分量之和，即指令电流Cj、 将矢量i向矢量u上法线方向上的投影，求得基波正序瞬时无功电流矢量^在p-q 坐标系下的坐标，然后进行反变换得到三相电流的基波正序无功分量彻城-纪M 卜2冗/3+纪) V^sinfe-纪M纽+2冗/3+纪)将图2中PLL检测到的基波角频率k倍频，按照上文计算基波正序有功和无功电 流分量以及基波负序有功和无功电流分量的步骤，该算法还可以检测出任意k次谐波的 正、负序有功和无功电流分量。有益效果本专利技术针对算法不能在任意电源电压条件下准确获取基波正序有功电流的 问题，提出一种在幅值畸变和相位不对称电网电压下的电流检测方法。该方法将电流和电 压均在、_、算法通道上进行坐标变换，获取三相基波正序电压的相位信息。首先，定义一 个p-q坐标，在该坐标系下利用电流矢量在电压矢量及其法线上的投影来定义正确的正序 有功电流分量和正序无功电流分量，然后，以此为参考量利用改进的、_、算法准确的求出 了负载电流中的基波正序有功、基波正序无功分量、基波负序有功分量和基波负序无功分 量，并把以上四种基波电流量的检测推广到任意次谐波电流量的检测，形成非理想电压下 的电流检测体系，进而为各种不同的补偿需求提供合理的参考指令电流，以及可以作为对 电网电流进行综合评价，形成一个快捷、方便、物理意义明确的三相三线制电网电流检测分 析体系。本法通过对电网电压进行Vp-Vq变换和低通滤波后，有效地消除了电网电压畸变 和不对称对谐波和无功电流检测带来的不利影响。经过变换得到的是基波正序电压和电流 量，坐标系变换下的电压、电流向量关系明确，物理概念清晰。用此方法计算提取出来的是 基波正序有功电流分量，将4、C、4作为指令电流，就能使有源电力滤波器起到同时补 偿谐波和无功电流，又补偿不平衡引起的负序分量的目的，起到综合补偿的效果。改进的算法基于瞬时无功功率理论，在计算过程中各变量具有明确的物理意义。 相对于传统的P_q算法和ip-iq算法，改进算法通过在计算过程中引入了基波正序电压的 相位信息，为基波正序有功电流的计算提供了准确的参考信息，而在计算量上并没有很大 的改变。相对于基于频域的检测算法以及自适应算法，改进算法简单易行，具有较快的动态 响应，并能够针对不同的补偿目的，输出不同的检测结果和指令电流，从而形成了一个完整 的谐波电流检测体系，对各种复杂电网条件下谐波的检测和治理具有指导意义。附图说明图1为并联有源电力滤波器拓扑结构；图2为本专利技术谐波和无功电流检测方法示意图；图3为本专利技术引入的p_q坐标。lIc相电压为Usa，(1)具体实施例方式以下将结合图和具体实施过程对本专利技术做进一步详细说明。实施例1 在三相三线制系统中，设相对应的三相负载电流为ila，ilb， Usb，，Usc则可按对称分量法将它们分解为 以上两式中，ω为电网基波角频率，I、U分别表示电流和电压的有效值；上标+、_、 0分别表示正序、负序分量和零序分量；下标η表示谐波次数；θ ” eu分别表示电流和电压 初相角，1表示负载、S表示电源，如Ia表示负载端的a相电流或电压。为了表示一般性，设通过PLL检测到的a相电网电压相位为ω t+ γ，为了一般性， 设初相角Y e W，2ji]，则构造正余弦矩阵为 并且 将三相电流、电压分别都与矩阵C32和C依次相乘，变换到旋转坐标系中，得到p_q 坐标系下正序电流的P、q坐标ip、Iq如下 经过低通滤波器LPF处理后就可以得到直流坐标分量&和& 将上式按照iD_ia算法的步骤进行反变换，便可得出基波正序电流iaf、ibf、icf为 如果按照传统的iD_ia方法，采用切断iD_ia计算中的通道的方法来求取基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间电压矢量变换的谐波和无功电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤１：在三相三线制系统中将三相负载电流ｉ↓［ｌａ］，ｉ↓［ｌｂ］，ｉ↓［ｌｃ］和三相电压ｕ↓［ｓａ］，ｕ↓［ｓｂ］，ｕ↓［ｓｃ］按对称分量法分解＊＊＊其中，ω为电网基波角频率，Ｉ、Ｕ分别表示电流和电压的有效值；上标＋、－、０分别表示正序、负序和零序分量；下标ｎ表示谐波次数；θ↓［ｉ］、θ↓［ｕ］分别表示电流和电压初相角，ｌ表示负载、ｓ表示电源；步骤２：引入ｐ－ｑ坐标系的定义：构造正余弦矩阵为Ｃ↑［－］＝Ｃ＝［＊＊＊］并且Ｃ↓［２／３］＝＊＊＊，Ｃ↓［３／２］＝Ｃ↓［２／３］↑［Ｔ］；其中ωｔ＋γ为通过锁相环ＰＬＬ检测到的ａ相电网电压相位，初相角γ∈［０，２π］；引入一个正交的ｐ－ｑ坐标系，在ｐ－ｑ坐标系下，电流矢量ｉ在电压矢量ｕ上的投影ｉ↓［ｕ］为瞬时正序有功电流矢量，电流合成矢量ｉ在电压合成矢量ｕ法线方向上的投影ｉ↓［ｕ］↑［＊］为瞬时正序无功电流矢量，三相电流和三相电压变换到ｐ－ｑ坐标系的公式为：＊＊＊；步骤３：计算基波正序有功电流及指令电流：根据ｐ－ｑ坐标系的定义，将三相电流、电压分别变换到旋转坐标系中，得到ｐ－ｑ坐标系下正序电流的ｐ、ｑ坐标分量ｉ↓［ｐ］、ｉ↓［ｑ］以及正序电压的ｐ、ｑ坐标分量ｕ↓［ｐ］、ｕ↓［ｑ］如下：＊＊＊；将转换后的ｉ↓［ｐ］、ｉ↓［ｑ］和ｕ↓［ｐ］、ｕ↓［ｑ］进行低通滤波处理后可分别得到直流电流分量＊↓［ｐ］、＊↓［ｑ］和直流电压分量＊↓［ｐ］、＊↓［ｑ］如下：＊＊＊，由于＊↓［ｐ］、＊↓［ｑ］和＊↓［ｐ］、＊↓［ｑ］只包含基波正序因子，根据上文对正序有功和无功电流的定义，求出瞬时基波正序有功电流矢量ｉ↓［ｕ］在ｐ－ｑ坐标系下的坐标ｉ↓［ｐ］和ｉ↓［ｑ］：＊＊＊其中θ↓［ｕ１］↑［＋］－γ＝ｔａｎ↑［－１］（－＊↓［ｑ］／＊↓［ｐ］）；将ｉ↓［ｐ］、ｉ↓［ｑ］反变换，计算出三相电流的基波正序有功分量ｉ↓［ａｆ］↑［＋］、ｉ↓［ｂｆ］↑［＋］、ｉ↓［ｃｆ］↑［＋］：＊＊＊；需要补偿的谐波、基波负序、基波无功分量之和，即指令电流为ｉ↓［ｃａ］↑［＊］、ｉ↓［ｃｂ］↑［＊］、ｉ↓［ｃｃ］↑［＊］为：＊＊＊将矢量ｉ向矢量ｕ上法线方向上的投影，求得基波正序瞬时无功电流矢量ｉ↓［ｕ］↑［＊］在ｐ－ｑ坐标系下的坐标，然后进行反变换得到三相电流的基波正序无功分量：＊＊＊。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡志坤，胡锰洋，桂卫华，丁家峰，阳春华，何志敏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]