CN104820129A - 一种基波正序有功电流的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基波正序有功电流的检测方法，用于电压不对称或畸变的三相系统，包括如下步骤：步骤一：采集到三相不对称电压值，并通过坐标变换转换到相互垂直的两坐标上；步骤二：将步骤一中得到的通过矩阵计算后通过低通滤波器得到直流分量；步骤三：将步骤二中得到的直流分量分别与初相角π/4的正余弦信号矩阵相乘，并通过加减运算最终把包含电压基波负序分量去除；步骤四：利用三角函数的特性将π/4相角的正余弦信号矩阵消除，得到电压基波正序分量；步骤五：得到的电压基波正序分量U_a11后利用锁相环和正余弦产生电路，为所述系统提供与a相电压基波正序同相位的正余弦信号，最终获得基波正序有功电流值。该检测方法能实时准确的检测出基波正序有功电流。

Description

一种基波正序有功电流的检测方法

技术领域

本发明涉及一种基波正序有功电流的检测方法，属于电能质量控制领域。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展,在三相四线制配电网中,非线性冲击性负载的使用日益广泛,使得电网电流中出现大量的谐波成分,特别是各相零序谐波电流以及负载的不平衡引起的不平衡电流在中性线上的累计,对配电网的稳定运行造成严重影响。使用电能质量控制装置快速地对谐波、无功以及不平衡进行补偿,对提高电力系统的稳定性具有重要的现实意义。

补偿电流检测作为电能质量控制装置的重要部分,谐波、无功和不平衡电流的实时检测效果直接关系到整个装置的补偿性能。如何快速准确的从谐波分量、负序分量和零序分量中检测基波正序有功电流,成为电能质量控制领域的一个关键性问题。

目前研究和应用较多的指令电流检测方法是基于瞬时无功功率理论的ip-iq法。它在电网电压对称无畸变时,能实现对谐波和无功电流的准确检测，但当电网电压不平衡或畸变时,它只能准确地检测出基波正序电流,而测出的有功、无功电流则存在较大误差。在工程中，当电网的三相电压不对称或畸变时,电压将包含负序分量和零序分量，即电网电压的相位与电压基波正序分量的相位存在相位差，这个相位差会引起基波正序有功和无功电流的检测误差。只有实时准确检测基波正序电压的初始相角,并以含有这个初始相角信息的正余弦信号进行指令电流检测才能得到精确结果。因此，如何准备检测基波正序有功电流,成了有关技术人员迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种基波正序有功电流的检测方法，在三相系统电压不对称或畸变时，能实时准确的检测出基波正序有功电流。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种基波正序有功电流的检测方法，用于电压不对称或者畸变的三相系统，包括如下步骤：

步骤一：采集到三相不对称电压值为U_a、U_b、U_c，将三相不对称电压值用三相电压向量表示，并通过坐标变换得到U_α、U_β；

步骤二：将步骤一中得到的U_α、U_β通过矩阵计算得到U_p、U_q，并通过低通滤波器得到直流分量

步骤三：将步骤二中得到的直流分量分别与初相角π/4的正余弦信号矩阵相乘，并通过加减运算最终把包含电压基波负序分量去除；

步骤四：利用三角函数的特性将π/4相角的正余弦信号矩阵消除，得到电压基波正序分量U_a11；

步骤五：得到的电压基波正序分量U_a11后利用锁相环和正余弦产生电路，为所述系统提供与a相电压基波正序同相位的正余弦信号，最后得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc。

进一步的，所述步骤一中得到U_α、U_β的方法如下：

三相不对称电压值U_a、U_b、U_c分别为：

      

      

      

其中，U_1n表示正序电压有效值，U_2n表示负序电压有效值，U_0n表示零序电压有效值，表示正序电压初相角，表示负序电压初相角，表示零序电压初相角，ω表示正序电压角频率，n表示谐波次数，t表示时间；

对三相不对称电压值U_a、U_b、U_c进行坐标变换：

      

其中， $C_{32}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right].$

进一步的，所述步骤二中得到U_p、U_q的方法如下： 

      

其中， $C_1=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\ωt}& -\cos \mathrm{\ωt}\\ -\cos \mathrm{\ωt}& -\sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right].$

进一步的，所述步骤三中，将直流分量分别与初相角π/4的正余弦信号矩阵相乘得到U_α1、U_α2、U_β1、U_β2，如下：

       $\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\α}1}\\ U_{\mathrm{\α}2}\end{array}\right]=\stackrel{\‾}{U_p}\left[\begin{array}{c}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\\ \cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\β}1}\\ U_{\mathrm{\β}2}\end{array}\right]=\stackrel{\‾}{U_q}\left[\begin{array}{c}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\\ \cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\end{array}\right],$

再利用三角函数积化和差公式将U_α1、U_α2、U_β1、U_β2展开，再通过加减运算：

      

      

将其中包含的电压基波负序分量消除，其中，U₁₁是基波正序有功电压有效值，是基波正序有功电压初相角。

进一步的，所述步骤四中得到电压基波正分量U_a11的方法如下：

      

进一步的，所述步骤四中得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc的公式如下：

       $\left[\begin{array}{c}{i}_p\\ i_q\end{array}\right]=C*C_{32}*\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ha}}\\ i_{\mathrm{hb}}\\ i_{\mathrm{hc}}\end{array}\right]=C_{23}*C*\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{i}}_p\\ {\stackrel{\‾}{i}}_q\end{array}\right],$

其中，C₂₃是C₃₂的逆矩阵， $C=\left[\begin{array}{cc}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})& -\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})\\ -\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})\end{array}\right],$ θ是电压基波正分量U_a11的初相角，设三相电流为i_La、i_Lb、i_Lc，对三相电流进行C₃₂变换及C变换，得到i_p、i_q，然后经过低通滤波器后得到其直流分量和然后再对和进行之前反变换，最后得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc。

根据上述方案，本发明的基波正序有功电流的检测方法在三相系统电压不对称或畸变时，用a相基波正序电压的提取来代替传统的锁相环电压检测电路，实时准确地检测基波正序电压的信号，为检测系统提供与其同相位的正余弦信号，就能够得到精确的基波正序有功电流，从而可以改善配电网的补偿效果，提高配电网供电质量。

附图说明

图1是本发明的计算流程图。

具体实施方案

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供了一种基波正序有功电流的检测方法，用于电压不对称或者畸变的三相系统，用a相基波正序电压的提取来代替传统的锁相环电压检测电路。计算流程如图1所示，具体方法包括如下步骤：

步骤一：采集到三相不对称电压值为U_a、U_b、U_c，将三相不对称电压值用三相电压向量表示，三相不对称电压值U_a、U_b、U_c分别为：

      

      

      

其中，U_1n表示正序电压有效值，U_2n表示负序电压有效值，U_0n表示零序 电压有效值，表示正序电压初相角，表示负序电压初相角，表示零序电压初相角，ω表示正序电压角频率，n表示谐波次数，t表示时间；

并通过坐标变换得到U_α、U_β：

      

其中， $C_{32}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right].$

步骤二：将步骤一中得到的U_α、U_β通过矩阵C₁得到U_p、U_q，

      

其中， $C_1=\left[\begin{array}{cc}\sin \mathrm{\ωt}& -\cos \mathrm{\ωt}\\ -\cos \mathrm{\ωt}& -\sin \mathrm{\ωt}\end{array}\right].$

并将得到的U_p、U_q通过低通滤波器LPF滤除交流分量，得到直流分量 $\stackrel{\‾}{U_q};$

步骤三：将步骤二中得到的直流分量分别与初相角π/4的正余弦信号矩阵相乘，得到U_α1、U_α2、U_β1、U_β2：

       $\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\α}1}\\ U_{\mathrm{\α}2}\end{array}\right]=\stackrel{\‾}{U_p}\left[\begin{array}{c}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\\ \cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{\β}1}\\ U_{\mathrm{\β}2}\end{array}\right]=\stackrel{\‾}{U_q}\left[\begin{array}{c}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\\ \cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\π}/4)\end{array}\right],$

再利用三角函数积化和差公式将U_α1、U_α2、U_β1、U_β2展开，再通过加减运算：

      

      

将其中包含的电压基波负序分量消除，其中，U₁₁是基波正序有功电压有效 值，是基波正序有功电压初相角。

步骤四：利用三角函数的特性将π/4相角的正余弦信号矩阵消除，得到电压基波正序分量U_a11：

      

步骤五：得到的电压基波正序分量U_a11后利用锁相环和正余弦产生电路，为所述系统提供与a相电压基波正序同相位的正余弦信号，设三相电流为i_La、i_Lb、i_Lc，对三相电流进行C₃₂变换及C变换，得到i_p、i_q，然后经过低通滤波器后得到其直流分量和然后再对和进行之前反变换，最后得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc，公式如下：

       $\left[\begin{array}{c}{i}_p\\ i_q\end{array}\right]=C*C_{32}*\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{La}}\\ i_{\mathrm{Lb}}\\ i_{\mathrm{Lc}}\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{ha}}\\ i_{\mathrm{hb}}\\ i_{\mathrm{hc}}\end{array}\right]=C_{23}*C*\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{i}}_p\\ {\stackrel{\‾}{i}}_q\end{array}\right],$

其中，C₂₃是C₃₂的逆矩阵， $C=\left[\begin{array}{cc}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})& -\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})\\ -\cos (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})& -\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\θ})\end{array}\right],$ θ是电压基波正分量U_a11的初相角，

本发明的基波正序有功电流的检测方法在三相系统电压不对称或畸变时，用a相基波正序电压的提取来代替传统的锁相环电压检测电路，实时准确地检测基波正序电压的信号，为检测系统提供与其同相位的正余弦信号，就能够得到精确的基波正序有功电流，从而可以改善配电网的补偿效果，提高配电网供电质量。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基波正序有功电流的检测方法，用于电压不对称或者畸变的三相系统，包括如下步骤：

步骤一：采集到三相不对称电压值为U_a、U_b、U_c，将三相不对称电压值用三相电压向量表示，并通过坐标变换得到U_α、U_β；

步骤二：将步骤一中得到的U_α、U_β通过矩阵计算得到U_p、U_q，并通过低通滤波器得到直流分量

步骤三：将步骤二中得到的直流分量分别与初相角π/4的正余弦信号矩阵相乘，并通过加减运算最终把包含电压基波负序分量去除；

步骤四：利用三角函数的特性将π/4相角的正余弦信号矩阵消除，得到电压基波正序分量U_a11；

步骤五：得到的电压基波正序分量U_a11后利用锁相环和正余弦产生电路，为所述系统提供与a相电压基波正序同相位的正余弦信号，最后得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc。

2.如权利要求1所述的一种基波正序有功电流的检测方法，其特征在于：所述步骤一中得到U_α、U_β的方法如下：

三相不对称电压值U_a、U_b、U_c分别为：

其中，U_1n表示正序电压有效值，U_2n表示负序电压有效值，U_0n表示零序电压有效值，表示正序电压初相角，表示负序电压初相角，表示零序电压初相角，ω表示正序电压角频率，n表示谐波次数，t表示时间；

对三相不对称电压值U_a、U_b、U_c进行坐标变换：

其中，

3.如权利要求2所述的一种基波正序有功电流的检测方法，其特征在于：所述步骤二中得到U_p、U_q的方法如下：

其中，

4.如权利要求3所述的一种基波正序有功电流的检测方法，其特征在于：所述步骤三中，将直流分量分别与初相角π/4的正余弦信号矩阵相乘得到U_α1、U_α2、U_β1、U_β2，如下：

再利用三角函数积化和差公式将U_α1、U_α2、U_β1、U_β2展开，再通过加减运算：

将其中包含的电压基波负序分量消除，其中，U₁₁是基波正序有功电压有效值，是基波正序有功电压初相角。

5.如权利要求4所述的一种基波正序有功电流的检测方法，其特征在于： 所述步骤四中得到电压基波正分量U_a11的方法如下：

6.如权利要求5所述的一种基波正序有功电流的检测方法，其特征在于：所述步骤四中得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc的公式如下：

其中，C₂₃是C₃₂的逆矩阵，θ是电压基波正分量U_a11的初相角，设三相电流为i_La、i_Lb、i_Lc，对三相电流进行C₃₂变换及C变换，得到i_p、i_q，然后经过低通滤波器后得到其直流分量和然后再对 和进行之前反变换，最后得出基波正序有功电流i_ha、i_hb、i_hc。