CN104391170A - 一种零序电流检测计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零序电流检测计算方法，用于电能质量监测设备，该方法包括：通过检测电网电流，获取电网电流值的表达式；将所述电网电流值的表达式进行分解，获取基波电流值的表达式；利用所述基波电流值的表达式，得到零序电流值的计算公式；其中，所述零序电流值的计算公式为：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为所述零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；计算所述零序电流比例因子，并依据所述零序电流计算公式，计算得到零序电流实时值。可见，该方法实现电能质量监测设备能够快速检测计算出电网中的零序电流实时值，计算量较小，进而使电能质量监测设备快速跟踪电网中所需要的零序电流，便于后级电能质量补偿设备的实时投切。

Description

一种零序电流检测计算方法

技术领域

本发明涉及电力电子监测领域，特别是涉及一种零序电流检测计算方法。

背景技术

随着社会快速发展，人们生活水平的提高，用电量的急剧增加，三相四线制的不平衡越来越明显，零序电流的问题也越来越明显，零序电流的产生将导致中性线的过流烧毁或者过流保护，影响用电客户的使用，为此，出现了不同类型的电能质量监测设备，可以根据监测设备监测到的数据，对三相不平衡进行调节，如何能提前预知零序电流的大小，已经成为电能质量监测设备监控电网电流中的一个关键监测量。

为此，一些学者提出了不同的监测量计算方法，例如，傅里叶变化算法、快速傅里叶变换算法等基于傅里叶变换的监测方法，或者基于D-Q变换的算法，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，上述方法计算量大，对电能质量监测设备的硬件要求很高，需要多个DSP芯片或者ARM与DSP结合的芯片才能完成，且实时性差，不便于后级电能质量治理设备的投切。

发明内容

本发明的目的是提供一种零序电流检测计算方法，以实现电能质量监测设备能够快速检测计算出电网中的零序电流实时值，计算量较小，进而使电能质量监测设备快速跟踪电网中所需要的零序电流，便于后级电能质量补偿设备的实时投切。

为解决上述技术问题，本发明提供一种零序电流检测计算方法，用于电能质量监测设备，该方法包括：

检测电网电流，获取电网电流值的表达式；

将所述电网电流值的表达式进行分解，获取基波电流值的表达式；

利用所述基波电流值的表达式，得到零序电流值的计算公式；其中，所述零序电流值的计算公式为：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；

计算所述零序电流比例因子，并依据所述零序电流计算公式，计算得到零序电流实时值。

优选的，所述检测电网电流，获取电网电流值的表达式，包括：

电流传感器将电网电流转化为电流信号，并将所述电流信号发送给采样电路；

所述采样电路将所述电流信号转换为电压信号，将所述电压信号送给模数转换A/D电路；

所述模数转换A/D电路将所述电压信号进行转换，转换为数字信号，获取电网电流值的表达式。

优选的，所述电网电流值的表达式如下：

其中，i(t)为电网电流值，I_1n为正序电流分量幅值，I_2n为负序电流分量幅值，I_0n为零序电流分量幅值，为正序电流分量初相位角，为负序电流分量初相位角，为零序电流分量初相位角，ω为电网电流角频率。

优选的，所述基波电流值的表达式如下：

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。

优选的，所述零序电流比例因子A₀₁和B₀₁的计算公式如下：

A₀₁＝A_a1+A_b1+A_c1，

B₀₁＝B_a1+B_b1+B_c1；

其中，A_a1为三相电中A相得零序电流比例因子，A_b1为三相电中B相得零序电流比例因子，A_c1为三相电中C相得零序电流比例因子，B_a1为三相电中A相得无功电流比例因子，B_b1为三相电中B相得无功电流比例因子，B_c1为三相电中C相得无功电流比例因子。

优选的，所述A_a1、A_b1及A_c1的计算公式如下：

$A_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{A}_k*\cos \mathrm{\ω}{A}_k,$

其中，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；

$A_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{B}_k*\cos \mathrm{\ω}{B}_k,$

其中，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；

$A_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{C}_k*\cos \mathrm{\ω}{C}_k,$

其中，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，k∈[0,499]。

优选的，所述B_a1、B_b1及B_c1的计算公式如下：

$B_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{A}_k*\sin \mathrm{\ω}{A}_k,$

其中，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；

$B_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{B}_k*\sin \mathrm{\ω}{B}_k,$

其中，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；

$B_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{C}_k*\sin \mathrm{\ω}{C}_k,$

其中，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]。

本发明所提供的一种零序电流检测计算方法，用于电能质量监测设备，通过检测电网电流，获取电网电流值的表达式；将所述电网电流值的表达式进行分解，获取基波电流值的表达式；利用所述基波电流值的表达式，得到零序电流值的计算公式；其中，所述零序电流值的计算公式为：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；计算所述零序电流比例因子，并依据所述零序电流计算公式，计算得到零序电流实时值。可见，该方法只需要计算所述零序电流比例因子，再依据所述零序电流计算公式就能得到零序电流实时值，使电能质量监测设备能够快速检测计算出电网中的零序电流实时值，计算量较小，进而使电能质量监测设备快速跟踪电网中所需要的零序电流，便于后级电能质量补偿设备的实时投切。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种零序电流检测计算方法的流程图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种零序电流检测计算方法，以实现电能质量监测设备能够快速检测计算出电网中的零序电流实时值，计算量较小，进而使电能质量监测设备快速跟踪电网中所需要的零序电流，便于后级电能质量补偿设备的实时投切的目的。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例所提供的一种零序电流检测计算方法的流程图，该方法包括：

步骤S101：检测电网电流，获取电网电流值的表达式；

其中，所述电网电流值的表达式如下：

其中，i(t)为电网电流值，I_1n为正序电流分量幅值，I_2n为负序电流分量幅值，I_0n为零序电流分量幅值，为正序电流分量初相位角，为负序电流分量初相位角，为零序电流分量初相位角，ω为电网电流角频率。

步骤S102：将所述电网电流值的表达式进行分解，获取基波电流值的表达式；

其中，因为通常只需要对基波零序进行检测，则设置所述i(t)中的n＝1，可得到基波电流值的表达式，所述基波电流值的表达式如下：

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。

步骤S103：利用所述基波电流值的表达式，得到零序电流值的计算公式；其中，所述零序电流值的计算公式为：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；

具体的，将基波电流值的表达式分别乘以 2cosωt、2sinωt，然后分别经过低通滤波器，所述低通滤波器的截止频率小于二倍基波频率，整理后得到公式：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；其中，i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为所述零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；此公式就是最终计算零序电流实时值的公式，计算比例因子就可以计算电网中的零序电流。

步骤S104：计算所述零序电流比例因子，并依据所述零序电流计算公式，计算得到零序电流实时值。

其中，所述零序电流比例因子A₀₁和B₀₁的计算公式如下：

A₀₁＝A_a1+A_b1+A_c1，

B₀₁＝B_a1+B_b1+B_c1；

其中，A_a1为三相电中A相得零序电流比例因子，A_b1为三相电中B相得零序电流比例因子，A_c1为三相电中C相得零序电流比例因子，B_a1为三相电中A相得无功电流比例因子，B_b1为三相电中B相得无功电流比例因子，B_c1为三相电中C相得无功电流比例因子。

具体的，所述A_a1、A_b1及A_c1的计算公式如下：

$A_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{A}_k*\cos \mathrm{\ω}{A}_k,$

其中，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；

$A_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{B}_k*\cos \mathrm{\ω}{B}_k,$

其中，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；

$A_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{C}_k*\cos \mathrm{\ω}{C}_k,$

其中，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，k∈[0,499]。

具体的，所述B_a1、B_b1及B_c1的计算公式如下：

$B_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{A}_k*\sin \mathrm{\ω}{A}_k,$

其中，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；

$B_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{B}_k*\sin \mathrm{\ω}{B}_k,$

其中，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；

$B_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*I{C}_k*\sin \mathrm{\ω}{C}_k,$

其中，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]。

需要说明的是，三相电流中的A相、B相和C相的电流采集过程均相同，上述实施例是以A相为例进行说明的。

基于上述步骤S101：检测电网电流，获取电网电流值的表达式，步骤S101优选采用以下步骤实现：

步骤S201：电流传感器将电网电流转化为电流信号，并将所述电流信号发送给采样电路；

步骤S202：所述采样电路将所述电流信号转换为电压信号，将所述电压信号送给模数转换A/D电路；

步骤S203：所述模数转换A/D电路将所述电压信号进行转换，转换为数字信号，获取电网电流值的表达式。

本发明所提供的一种零序电流检测计算方法，用于电能质量监测设备，通过检测电网电流，获取电网电流值的表达式；将所述电网电流值的表达式进行分解，获取基波电流值的表达式；利用所述基波电流值的表达式，得到零序电流值的计算公式；其中，所述零序电流值的计算公式为：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；计算所述零序电流比例因子，并依据所述零序电流计算公式，计算得到零序电流实时值。可见，该方法只需要计算所述零序电流比例因子，再依据所述零序电流计算公式就能得到零序电流实时值，使电能质量监测设备能够快速检测计算出电网中的零序电流实时值，计算量较小，进而使电能质量监测设备快速跟踪电网中所需要的零序电流，便于后级电能质量补偿设备的实时投切。

以上对本发明所提供的一种零序电流检测计算方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种零序电流检测计算方法，其特征在于，用于电能质量监测设备，包括：

检测电网电流，获取电网电流值的表达式；

将所述电网电流值的表达式进行分解，获取基波电流值的表达式；

利用所述基波电流值的表达式，得到零序电流值的计算公式；其中，所述零序电流值的计算公式为：i₀₁＝A₀₁cosωt+B₀₁sinωt；i₀₁为要检测的零序电流，A₀₁、B₀₁为零序电流比例因子，ω为电网电流角频率；

计算所述零序电流比例因子，并依据所述零序电流计算公式，计算得到零序电流实时值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测电网电流，获取电网电流值的表达式，包括：

电流传感器将电网电流转化为电流信号，并将所述电流信号发送给采样电路；

所述采样电路将所述电流信号转换为电压信号，将所述电压信号送给模数转换A/D电路；

所述模数转换A/D电路将所述电压信号进行转换，转换为数字信号，获取电网电流值的表达式。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电网电流值的表达式如下：

其中，i(t)为电网电流值，I_1n为正序电流分量幅值，I_2n为负序电流分量幅值，I_0n为零序电流分量幅值，为正序电流分量初相位角，为负序电流分量初相位角，为零序电流分量初相位角，ω为电网电流角频率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基波电流值的表达式如下：

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。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述零序电流比例因子A₀₁和B₀₁的计算公式如下：

A₀₁＝A_a1+A_b1+A_c1，

B₀₁＝B_a1+B_b1+B_c1；

其中，A_a1为三相电中A相得零序电流比例因子，A_b1为三相电中B相得零序电流比例因子，A_c1为三相电中C相得零序电流比例因子，B_a1为三相电中A相得无功电流比例因子，B_b1为三相电中B相得无功电流比例因子，B_c1为三相电中C相得无功电流比例因子。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述A_a1、A_b1及A_c1的计算公式如下：

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

其中，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；

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

其中，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；

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

其中，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，k∈[0,499]。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述B_a1、B_b1及B_c1的计算公式如下：

$B_{a1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IA}}_k*\sin \mathrm{\ω}{A}_k,$

其中，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；

$B_{b1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IB}}_k*\sin \mathrm{\ω}{B}_k,$

其中，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；

$B_{c1}={\mathrm{\Σ}}_{m=0}^{499}2*{\mathrm{IC}}_k*\sin \mathrm{\ω}{C}_k,$

其中，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]。