CN102983572A - 谐波和无功电流提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐波和无功电流提取方法，利用数字信号处理器强大的数据处理能力及丰富的外部设备并依据采集的负载电压、电流信息，通过频率构造、角度构造和幅值构造，构建出理想的参考电流，负载电流在减去此参考电流后，即得到谐波和无功电流，进而控制有源电力滤波器和无功补偿控制器的工作。应用本发明可有效解决目前有源电力滤波器和无功补偿装置无法准确获取需要输出补偿电流大小的问题。

Description

谐波和无功电流提取方法

技术领域

本发明属于电力滤波器技术领域，尤其涉及一种谐波和无功电流提取方法。

背景技术

目前，随着电力电子技术的发展，具有非线性特性的变流装置和大容量的动态负载的使用，电网中的谐波污染问题也越来越严重。电网波形畸变，使电力系统中的电压和电流不再是单一基波频率的正弦波，此时就出现了谐波及无功问题。谐波的危害是非常严重的，谐波污染会使用电设备产生噪音、过热、振动、误动作甚至使其烧毁。装设进相电容和LC滤波器是传统补偿无功和谐波的主要手段，尤其是LC滤波器，既可以补偿谐波又可以补偿无功，它被广泛地应用于对电力电子装置的谐波和无功的补偿。但是，由于这种系统的滤波补偿效果取决于电网阻抗和无源滤波器阻抗的比值，滤波特性受电网阻抗影响大，对电网结构及谐波状况发生变化滤波效果不好，并容易和电网阻抗相互作用产生并联和串联谐振。

有源电力滤波器是较新的消除电网谐波和进行无功补偿的手段。它要求准确快速地检测出电网谐波和无功功率，从而实现快速补偿。目前已有多种检测方法，然而实际运行效果并不太理想，需做进一步改进，才能充分发挥出有源电力滤波器的优势。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种谐波和无功电流提取方法，以解决有源电力滤波器和无功补偿装置无法准确获取需要输出补偿电流大小的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：谐波和无功电流提取方法，使用数字信号处理器采集负载电流和电压信号，构造出理想参考电流，利用负载电流减去理想参考电流，从而得到谐波和无功电流，符合公式（1）：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ca}}=i_{\mathrm{La}}-i_{\mathrm{sa}}^{\mathrm{\Λ}}\\ i_{\mathrm{cb}}=i_{\mathrm{Lb}}-i_{\mathrm{sb}}\\ i_{\mathrm{cc}}=i_{\mathrm{Lc}}-i_{\mathrm{sc}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，i_La,i_Lb,i_Lc为负荷侧三相采样电流，

为系统侧三相构造参考电流，i_ca,i_cb,i_cc为所求得的需要补偿的谐波和无功电流。

理想参考电流采用分相独立构造的原则，按A、B、C三相参考电流分别独立进行，理想参考电流的目标函数符合公式（2）：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sa}}^{\mathrm{\Λ}}=I_S\·\sin ({\mathrm{\ω}}_{a}t+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{sa}})\\ i_{\mathrm{sb}}^{\mathrm{\Λ}}=I_S\·\sin ({\mathrm{\ω}}_{b}t+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{sb}})\\ i_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{\Λ}}=I_S\·\sin ({\mathrm{\ω}}_{c}t+{\mathrm{\α}}_{\mathrm{sc}})\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，

为三相构造参考电流，Is为参考电流幅值，ω_a,ω_b,ω_c分别为与之对应相系统电压频率，α_a,α_b,α_c分别为与之对应相系统电压相角。

由公式（2）可以看出，要得到参考电流，必须得到幅值、频率和相位。因此，理想参考电流构造由频率构造、角度构造和幅值构造组成；

频率构造：使用数字信号处理器自带的事件管理器对系统的三相电压进行测频处理；为了消除谐波对测频通道过零点捕捉的影响，测频回路增加模拟滤波通道，截至频率选得很小为0.75倍的工频，阻尼比为0.707；采用数字信号处理器的事件管理模块分别捕捉A、B、C三相电压信号的上升沿，从而测得系统三相电压的频率，将此频率作为构造参考电流的频率；

角度构造：理想参考电流的角度是与系统电压的角度相一致的，由此，只需要捕捉到系统电压的角度就可以获取参考电流的角度；要获取电压角度，需要首先捕捉到电压过零点；在测频构造中，电压信号在产生上升沿的同时，也恰好是电压的过零点，因此，频率构造捕捉到上升沿的同时，加入计数器，记录过零点发生的时间，从而得出当前系统电压角度；

幅值构造：理想情况下，有功能量仅仅在系统和负载间传递，因此，可以由三相系统有功功率的直流分量和系统电压正序分量构造出理想参考电流幅值的计算公式（3），从而计算得到幅值；

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{sa}}=\frac{\stackrel{\‾}{P_L}}{\underset{j=a,b,c}{\mathrm{\Σ}}{v^2}_{\mathrm{sj}+}}\·v_{\mathrm{sa}+\left(\max \right)}\\ I_{\mathrm{sb}}=\frac{\stackrel{\‾}{P_L}}{\underset{j=a,b,c}{\mathrm{\Σ}}{v^2}_{\mathrm{sj}+}}\·v_{\mathrm{sb}+\left(\max \right)}\\ I_{\mathrm{sc}}=\frac{\stackrel{\‾}{P_L}}{\underset{j=a,b,c}{\mathrm{\Σ}}{v^2}_{\mathrm{sj}+}}\·v_{\mathrm{sc}+\left(\max \right)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，I_sa,I_sb,I_sc分别为与之对应相参考电流幅值，

为三相系统瞬时有功功率直流分量，v_sj+为ABC三相电压正序分量有效值模值，v_sa+(max),v_sb+(max),v_sc+(max)为三相基波正序电压的峰值。

针对目前有源电力滤波器和无功补偿装置无法准确获取需要输出补偿电流大小的问题，发明人利用数字信号处理器强大的数据处理能力及丰富的外部设备建立了谐波和无功电流提取方法，依据采集的负载电压、电流信息，通过频率构造、角度构造和幅值构造，构建出理想的参考电流，负载电流在减去此参考电流后，即得到谐波和无功电流，进而控制有源电力滤波器和无功补偿控制器的工作。

附图说明

图1是本发明谐波和无功电流提取方法的流程图。

具体实施方式

以下结合图1，对本发明谐波和无功电流提取方法的工作流程作进一步说明，具体如下：

<1>计算任务开始；

<2>数字信号处理器从其自带的模数转换器中读取当前负载电流、系统电压值；

<3>数字信号处理器使用其事件管理器捕捉电压信号上升沿，获取在一定时间内捕捉到的上升沿的个数，从而计算出当前电压频率；

<4>数字信号处理器的事件管理器在捕捉到电压信号上升沿时，也就是电压信号的过零点，此时，由一个计数器记录下发生过零点的时刻，再计算当前时间与过零点发生的时间差，从而计算得到电压角度；

<5>数字信号处理器根据公式（3）计算得到当前参考电流的幅值；

<6>在获取参考电流频率、角度和幅值后，由公式（2）得到参考电流，再由公式（1）得到谐波和无功电流；

一次获取谐波和无功电流的过程结束，将得到的计算结果送入有源电力滤波器或无功补偿控制器中，就可以达到滤除谐波和补偿无功的目的。

Claims (3)

1.一种谐波和无功电流提取方法，其特征在于使用数字信号处理器采集负载电流和电压信号，构造出理想参考电流，利用负载电流减去理想参考电流，从而得到谐波和无功电流，符合公式（1）：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ca}}=i_{\mathrm{La}}-i_{\mathrm{sa}}^{\mathrm{\&Lambda;}}\\ i_{\mathrm{cb}}=i_{\mathrm{Lb}}-i_{\mathrm{sb}}\\ i_{\mathrm{cc}}=i_{\mathrm{Lc}}-i_{\mathrm{sc}}\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，i_La,i_Lb,i_Lc为负荷侧三相采样电流，

为系统侧三相构造参考电流，i_ca,i_cb,i_cc为所求得的需要补偿的谐波和无功电流。

2.根据权利要求1所述的谐波和无功电流提取方法，其特征在于：所述理想参考电流采用分相独立构造的原则，按A、B、C三相参考电流分别独立进行，理想参考电流的目标函数符合公式（2）：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{sa}}^{\mathrm{\&Lambda;}}=I_S\&CenterDot;\sin ({\mathrm{\&omega;}}_{a}t+{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{sa}})\\ i_{\mathrm{sb}}^{\mathrm{\&Lambda;}}=I_S\&CenterDot;\sin ({\mathrm{\&omega;}}_{b}t+{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{sb}})\\ i_{\mathrm{sc}}^{\mathrm{\&Lambda;}}=I_S\&CenterDot;\sin ({\mathrm{\&omega;}}_{c}t+{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{sc}})\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，为三相构造参考电流，Is为参考电流幅值，ω_a,ω_b,ω_c分别为与之对应相系统电压频率，α_a,α_b,α_c分别为与之对应相系统电压相角。

3.根据权利要求2所述的谐波和无功电流提取方法，其特征在于：所述理想参考电流构造由频率构造、角度构造和幅值构造组成；

频率构造：使用数字信号处理器自带的事件管理器对系统的三相电压进行测频处理；为了消除谐波对测频通道过零点捕捉的影响，测频回路增加模拟滤波通道，截至频率选得很小为0.75倍的工频，阻尼比为0.707；采用数字信号处理器的事件管理模块分别捕捉A、B、C三相电压信号的上升沿，从而测得系统三相电压的频率，将此频率作为构造参考电流的频率；

角度构造：频率构造捕捉到上升沿的同时，加入计数器，记录过零点发生的时间，从而得出当前系统电压角度；

幅值构造：由三相系统有功功率的直流分量和系统电压正序分量构造出理想参考电流幅值的计算公式（3），从而计算得到幅值；

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{\mathrm{sa}}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{P_L}}{\underset{j=a,b,c}{\mathrm{\&Sigma;}}{v^2}_{\mathrm{sj}+}}\&CenterDot;v_{\mathrm{sa}+\left(\max \right)}\\ I_{\mathrm{sb}}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{P_L}}{\underset{j=a,b,c}{\mathrm{\&Sigma;}}{v^2}_{\mathrm{sj}+}}\&CenterDot;v_{\mathrm{sb}+\left(\max \right)}\\ I_{\mathrm{sc}}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{P_L}}{\underset{j=a,b,c}{\mathrm{\&Sigma;}}{v^2}_{\mathrm{sj}+}}\&CenterDot;v_{\mathrm{sc}+\left(\max \right)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

式中，I_sa,I_sb,I_sc分别为与之对应相参考电流幅值，

为三相系统瞬时有功功率直流分量，v_sj+为ABC三相电压正序分量有效值模值，v_sa+(max),v_sb+(max),v_sc+(max)为三相基波正序电压的峰值。

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