CN103399200A - 一种电网电流中的无功电流检测计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电网电流中的无功电流检测计算方法，根据公式i_q＝A₁cos(ωt-2mπ/3)计算，具体包括负载侧电网电流检测部分、无功电流分解部分、无功电流比例因子计算部分、无功电流含量计算部分，该方法采用瞬时功率计算方法，可快速检测出负载侧电网电流中的无功电流，根据检测出的无功电流，可以对电网需要的无功进行就地补偿，有效的提高了电网电压的稳定性，降低了电网的线损；本检测计算方法简单、可靠，从而有效的缩短了使用了本发明的静止无功发生器的开发时间，有效的降低了开发成本，有利于使用该技术的静止无功发生器治理设备的市场竞争优势，有利于电网电压稳定和减少线损，有利于进一步清洁电网的电能质量。

Description

一种电网电流中的无功电流检测计算方法

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种无功电流的检测计算方法，特别涉及一种电网电流中的无功电流检测计算方法。

背景技术

随着工业技术的发展，电力电子设备等非线性负载广泛应用各个领域，从而使得大量的无功电流流入电网，造成电网电压降低和线损增加，对同一线路上的其他用电用户造成影响，严重的情况下，烧毁线路，且使得电网的功率因数很低，为此，一些学者提出了一种固定容量的电容组补偿方法，该方法目前在电网中还有使用，相应的设备比较便宜，但是电容组补偿，容易造成过补偿或者欠补偿，且会对电网的固定次谐波电流放大，对设备造成其它影响，甚至烧毁补偿电容。

为此，现代的技术人员提出了一种新的补偿方法，静止无功发生器（SVG），可快速连续跟踪电网中的无功电流，达到很好的效果，但是大都价格很贵，算法复杂，不利于设备的推广应用，例如，基于瞬时无功理论的i_p-i_q算法实时性好，实用面比较广，但是其需要多次坐标转换，先将A-B-C坐标系转到α-β坐标系再转到p-q坐标系，再转到α-β坐标系，再转回A-B-C坐标系，特别是三相不平衡时，计算量几何级增加，不利于算法的实现，或实现的设备价格较高。

为此，本发明提出了一种新的电网电流中的无功电流检测计算方法，可快速的检测出电网中的无功电流，便于使用该方法的设备快速跟踪补偿电网中所需要的无功电流，且不会产生谐波，也不会放大其它次谐波。

发明内容

基于上述情况，本发明提出了一种电网电流中的无功电流检测计算方法，该方法采用瞬时功率计算方法，可快速检测出电网电流中的无功电流，根据检测出的无功电流，可以对电网需要的无功进行就地补偿，有效的提高了电网电压的稳定性，降低了电网的线损；本检测计算方法简单、可靠，从而有效的缩短了使用了本发明的静止无功发生器的开发时间，有效的降低了开发成本，有利于使用该技术的静止无功发生器治理设备的市场竞争优势，有利于电网电压稳定和减少线损。

本发明一种电网电流中的无功电流检测计算方法，根据对称分量法，可将电网电流分解为：

  式(1)

其中，下标0、1、2分别表示零序分量、正序分量、负序分量，n表示谐波次数，

表示初相角，m等于0表示为A相电流，m等于1表示为B相电流，m等于2表示为C相电流；i(t)电网电流值，I_1n正序电流分量幅值，I_2n负序电流分量幅值，I_0n零序电流分量幅值，

正序电流分量初相位角，

负序电流分量初相位角，

零序电流分量初相位角，ω电网电流角频率。

本发明一种电网电流中的无功电流检测计算方法的原理结构图如1所示，A/B/C三相采集过程相同，仅以A相为例，进行说明，包括无功电流检测部分、无功电流分解部分、无功电流比例因子计算部分、无功含量计算部分。

通常，只需要对基波无功进行补偿，由（1）式中的n=1得基波电流，如公式（2）所示。

  式(2)

其中i₁(t)为电网电流中的基波电流，I₁₁为基波正序电流幅值，I₂₁为基波负序电流幅值，I₀₁为基波零序电流幅值，为基波正序电流分量初相位角，

为基波负序电流分量初相位角，

为基波零序电流分量初相位角。

将式（2）分别乘以

2cosωt、2sinωt然后分别经过低通滤波器，低通滤波器的截止频率小于二倍基波频率，得到各自的直流分量B₁、A₁、B₁'、A₁'，如式(3)所示。

  式(3)

令

    式（4）

A_An，第一个大写A表示无功分量比例因子，第一个下标A表示A相无功分量比例因子，第二个下表n为0、1、2分别表示零序分量、正序分量、负序分量；B_An，第一个字母B表示有功分量系数，下表A和n同上。

A_n1表示A/B/C三相求和后的基波无功电流比例因子，B_n1表示A/B/C三相求和后的基波有功电流比例因子，第二个下表1表示基波，第一个下标n为0、1、2分别表示零序分量、正序分量、负序分量。

定义：

i₂₁＝A₂₁cos(ωt+2mπ/3)+B₂₁sin(ωt+2mπ/3)

i₁₁＝A₁₁cos(ωt-2mπ/3)+B₁₁sin(ωt-2mπ/3)

i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt

i₁＝A₁cos(ωt-2mπ/3)+B₁sin(ωt-2mπ/3)     式（5）

i_n1为电网电流，第二个下表1表示基波，第一个下标n为0、1、2分别表示零序分量、正序分量、负序分量。

令B1为零，则有：i_q＝A₁cos(ωt-2mπ/3)     式(6)

式（6）就是最终计算无功的公式，其中直流分量A₁为比例因子,i_q为要补偿的无功电流。

式（5）中，i₁为基波电流，A₁、B₁与公式（3）中的相同。

作为本发明的进一步改进，所述A₁＝A_a1+A_b1+A_c1，其中，

A_a1为A相得无功电流比例因子，

，IA_k为A相电网电流数据的离散化值，ωA_k为A相第k个电流采样点的相位；

A_b1为B相得无功电流比例因子，

，IB_k为B相电网电流数据的离散化值，ωB_k为B相第k个电流采样点的相位；

A_c1为C相得无功电流比例因子，

，IC_k为C相电网电流数据的离散化值，ωC_k为C相第k个电流采样点的相位；k∈[0,499]。

本发明的有益效果是，该方法采用瞬时功率计算方法，可快速检测出负载侧电网电流中的无功电流，根据检测出的无功电流，可以对电网需要的无功进行就地补偿，有效的提高了电网电压的稳定性，降低了电网的线损；本检测计算方法简单、可靠，从而有效的缩短了使用了本发明的静止无功发生器的开发时间，有效的降低了开发成本，有利于使用该技术的静止无功发生器治理设备的市场竞争优势，有利于电网电压稳定和减少线损，有利于进一步清洁电网的电能质量。

附图说明

图1为本发明的原理结构图；

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明一种电网电流中的无功电流检测计算方法，该发明采用瞬时功率计算方法，能快速准确的计算出电网电流中的无功电流，根据计算出的无功电流值，即可方便的对电网电流中需要的无功电流进行补偿。

本实施例的一种电网电流中的无功电流检测计算方法，包括无功电流检测部分、无功电流分解部分、无功电流比例因子计算部分、无功电流含量计算部分，一种具体实施方法，仅以A相为例，A/B/C三相分析过程相同，包括以下步骤和内容：

电网中的无功电流检测，首先，外置电流传感器将电网电流转换后的电流信号送给采样电路，采样电路将电流传感器送过来的电流信号转换为电压信号，而后将该电压信号送给A/D转换电路，A/D转换电路将采样电路送过来的电压信号进行转换，转换为数字信号IA，该数字信号IA由数据采样输出部分进行输出，供后续的谐波电流分解使用。

无功电流分解，根据检测部分得到的A相电网电流数据IA，将IA乘以然后分别经过低通滤波器，低通滤波的截止频率小于二倍基波频率，得到各自的直流分量。

以A相为例，此时m＝0，针对A相有，IA离散化后为IA_k,本例中k=0、1、…499，即每隔40us进行一次采样,电网一个周期20ms采样500个点，每个点的值2*IA_k*cosωA_k，对这500点进行求和，就可得A相得无功电流比例因子A_a1：

$A_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IA}}_k*\cos \mathrm{\ω}{A}_k$     式(7)

其中，ωA_k为A相第k个电流采样点的相位。

同方法可得B、C相无功电流比例因子A_b1、A_c1，如式（8）、（9）所示，其中，ωB_k、ωC_k分别为B、C相第k个电流采样点的相位。

$A_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IB}}_k*\cos \mathrm{\ω}{B}_k$     式(8)

$A_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IC}}_k*\cos \mathrm{\ω}{C}_k$     式(9)

可得A₁为：

A₁＝A_a1+A_b1+A_c1     式(10)

A₁即为公式（6）的A₁，根据公式（6）即可求的需要输出的无功电流i_q。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种电网电流中的无功电流检测计算方法，其特征是，根据公式i_q＝A₁cos(ωt-2mπ/3)计算，其中，i_q为要补偿的无功电流,直流分量A₁为比例因子，ω为电网电流角频率，t为时间，m等于0表示为A相电流，m等于1表示为B相电流，m等于2表示为C相电流。

2.如权利要求1所述的电网电流中的无功电流检测计算方法，其特征是，所述

其中，I₁₁为基波正序电流幅值，I₂₁为基波负序电流幅值，I₀₁为基波零序电流幅值，

为基波正序电流分量初相位角，

为基波负序电流分量初相位角，为基波零序电流分量初相位角。

3.如权利要求1所述的电网电流中的无功电流检测计算方法，其特征是，所述A₁＝A_a1+A_b1+A_c1，其中，

A_a1为A相得无功电流比例因子， $A_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IA}}_k*\cos \mathrm{\ω}{A}_k,$ IA_k为A相电网电流数据的离散化值，ωA_k为A相第k个电流采样点的相位；

A_b1为B相得无功电流比例因子， $A_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IB}}_k*\cos \mathrm{\ω}{B}_k,$ IB_k为B相电网电流数据的离散化值，ωB_k为B相第k个电流采样点的相位；

A_c1为C相得无功电流比例因子， $A_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IC}}_k*\cos \mathrm{\ω}{C}_k,$ IC_k为C相电网电流数据的离散化值，ωC_k为C相第k个电流采样点的相位；k∈[0,499]。

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