CN106959385A - 电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法，其内容包括：提取负载侧三相电流，经过Clarke变换运算，得到两相静止坐标系下的电流；运用二倍频锁相方法，对不平衡的电网电压进行锁相跟踪，把跟踪所获得的角频率应用到SAI环节，使SAI跟电网电压同步；使两相静止坐标系下的电流通过SAI环节后，提取其正序基波电流；对提取的正序基波电流进行Clarke反变换运算，得到三相的正序基波电流；用总的负载电流和三相正序基波电流做差求得谐波电流。本发明在电网电压不平衡的条件下进行谐波检测，增加了谐波检测对电网电压波动的适应性，并提高了谐波检测的精确性。

Description

电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法

技术领域

本发明属于电力电子功率变换器调制及控制领域，涉及谐波电流检测方法领域，特别涉及一种电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法。

背景技术

电力电子装置和非线性负载的普遍使用，使谐波电流大量注入电网，严重影响电网的安全运行，因此引入了有源电力滤波器(Active PowerFilter，APF)进行谐波抑制。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网中的谐波电流被滤除。所以，APF进行谐波抑制的关键环节在于谐波电流的检测环节。

目前主要的谐波检测法有：基于傅里叶变换的检测方法、基于瞬时无功功率理论的检测方法、基于神经网络的检测方法、基于小波分析检测方法和基于滤波器的检测方法等，而使用比较广泛的谐波电流检测方法是建立在瞬时无功功率理论基础上的i_p-i_q法，该方法在应用锁相环的基础上经过Clarke变换然后提取负载电流的有功分量和无功分量，利用低通滤波器滤波后得到基波电流，从而提取谐波电流。本发明提供的电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法，直接在Clarke变换的基础上使用二倍频锁相提取电网电压的角频率，用于正序基波电流的获取，从而提取谐波电流。与传统的i_p-i_q法相比，本发明方法可以用在电网电压不平衡的情况下，不仅增加了谐波检测的应用范围，更增加了谐波检测的精确性。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于二倍频锁相的能应用在电网电压不平衡情况下的谐波电流检测法。

为实现上述上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法，该方法主要包括三相负载电流的提取、Clarke变换、二倍频锁相、正序基波电流提取、Clarke反变换及谐波电流提取；该方法具体内容包括如下步骤：

步骤1提取负载侧三相电流，经过Clarke变换运算，得到两相静止坐标系下的电流；

步骤2运用二倍频锁相方法，对不平衡的电网电压进行锁相跟踪，把跟踪所获得的角频率应用到SAI环节，使其成为SAI环节的输入角频率，这样就能够使SAI跟电网电压同步；

步骤3在步骤1中得到的两相静止坐标系下的电流，使其通过SAI环节后，提取其正序基波电流；

步骤4对提取的正序基波电流进行Clarke反变换运算，得到三相的正序基波电流；

步骤5在三相正序基波电流的基础上提取谐波电流，用总的负载电流和在步骤4中得到的三相正序基波电流做差，经过计算求得谐波电流。

在步骤2中，省去了负载电流的有功分量和无功分量计算环节，针对不平衡的电网电压，使用二倍频锁相方法，把跟踪电网电压得到的角频率用于SAI环节提取正序基波电流，在此基础上，对系统进行谐波电流的提取。

与现有技术相比，本发明方法具有如下有益效果：

1、本发明应用二倍频锁相方法，能够在电网电压不平衡的条件下进行谐波检测，增加了谐波检测对电网电压波动的适应性；

2、本发明用二倍频锁相方法跟踪电网电压，依此得到的角频率用在SAI的正序基波提取环节上，与传统的i_p-i_q法相比，提高了系统对电网电压的适应能力和谐波检测的精确性。

3、本发明把SAI的正序基波提取环节应用到了不平衡电网系统的谐波电流检测中，大大拓宽了SAI的应用范围，且在APF领域中产生了一种新的谐波检测法。

本发明方法应用在电网电压不平衡时，使用二倍频锁相方法，把提取出的角频率运用到SAI正序基波分量提取环节，从而大大拓宽了谐波检测方法的使用范围，对电网的适应性变得更强。用SAI的正序基波分量提取环节替代LPF，运用二倍频锁相技术，在只提取基波正序分量的条件下，进行全电流补偿，提高了谐波电流补偿的精确度，这样就形成了一种可以适用在电网电压不平衡条件下的基于二倍频锁相的谐波电流检测法。该方法在众多谐波检测法中有着优良的性能，在有源滤波领域有着非常广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明整体结构框图；

图2为传统的i_p-i_q法结构框图；

图3为正序的SAI原理图；

图4为正序基波的幅频特性图；

图5为本发明的二倍频锁相的原理图；

图6为SAI的正序基波提取结构框图；

图7为谐波电流的获取图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：本发明的一种电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法，本发明方法在简化i_p-i_q法系统结构的情况下，先提取负载侧的三相电流，经过Clarke变换后，把二倍频锁相法跟踪电网电压得到的角频率用在SAI环节，提取正序基波电流，再经过Clarke反变换后得到三相正序基波电流，从而获取所需的谐波电流。该方法内容包括步骤如下：

步骤1提取负载侧三相电流，经过Clarke变换运算，得到两相静止坐标系下的电流；

步骤2运用二倍频锁相方法，对不平衡的电网电压进行锁相跟踪，把跟踪所获得的角频率应用到SAI环节，使其成为SAI环节的输入角频率，这样就能够使SAI跟电网电压同步；

步骤3在步骤1中得到的两相静止坐标系下的电流，使其通过SAI环节后，提取其正序基波电流；

步骤4对提取的正序基波电流进行Clarke反变换运算，得到三相的正序基波电流；

步骤5在三相正序基波电流的基础上提取谐波电流，用总的负载电流和在步骤4中得到的三相正序基波电流做差，经过计算求得谐波电流。

图1所示为本发明的整体框图，三相负载电流i_a、i_b、i_c在Clarke变换下，形成两相静止坐标系下的电流i_α、i_β，把用二倍频锁相得到的角频率ω经过SAI环节提取出正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _β1，然后经过Clarke反变换得到三相正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _b1、i⁺ _c1，最后用负载电流i_a、i_b、i_c和正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _b1、i⁺ _c1做差，经过计算，得到谐波电流i_af、i_bf、i_cf，从而经过APF实现全电流补偿。

图2所示为传统的i_p-i_q法的结构框图，三相负载电流i_a、i_b、i_c在Clarke变换下，形成两相静止坐标系下的电流i_α、i_β，经由锁相环输出电压的相位角用于负载电流的有功分量和无功分量的计算，由低通滤波器对有功电流i_p、无功电流i_q进行滤波，得到在两相旋转坐标系下电流的直流分量然后由反变换，形成三相的基波电流i_af、i_bf、i_cf，最终得到谐波电流i^* _ca、i^* _cb、i^* _cc。图2与图1相比，系统比较复杂，增加了负载电流的有功分量和无功分量计算环节，在一定程度上使得系统的准确性降低，普通锁相方法的使用，对电网电压波动的适应能力较弱，而低通滤波器的使用又对系统起到了延时作用。针对以上缺点本发明提出的一种电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法，提高了的系统对电网电压的适应能力和谐波检测的精确性。

图3所示为正序的SAI原理图。利用正序的SAI提取法，对正序基波分量进行提取，可以得到能适用于电网电压不平衡条件下的正序基波电流，为谐波电流提取奠定了基础。图4所示为正序基波的幅频特性图。由正序基波的幅频特性图可以看出在中心角频率处具有谐振峰值，对于其它频率的信号都具有衰减作用，对于50Hz的正序分量具有极性选择作用。

图5所示为本发明方法中的二倍频锁相的原理图。当电网电压不平衡时，在正序旋转dq₊坐标系下，电网电压正序分量变成直流量，而负序分量变成二倍工频的交流量，这样就为二倍频锁相及电网电压负序分量提取和相位检测提供了条件；二倍频锁相方法是先提取dq₊坐标系下q轴的由负序分量变换成的二倍工频交流量值V_q+，利用二阶广义积分器的正交信号发生器(Second Order Generalized Integrator-Quadrature Signal Generator，SOGI-QSG)产生正交分量，得到正交信号V⁺sin(2ωt)(V_q ⁺)和V⁺cos(2ωt)(-qV_q ⁺)。把这两个交流量进行Park变换，并利用单同步坐标系软件锁相环(Single Synchronous ReferenceFrame Software Phase Locked Loop，SSRF-SPLL)对2ωt进行锁相，此时Park变换的变换角为二倍频锁相环输出角度2θ。二倍频的锁相方法可以对电网电压的不平衡情况进行锁相跟踪，这样就能在多数电网电压波动情况下进行跟踪，跟踪得到角频率ω，用于SAI的正序基波提取环节，这样就能使SAI的谐波检测法可以适用在电网电压不平衡的条件下。

图6所示为SAI的正序基波提取结构框图。用SAI提取出的正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _β1被总电流i_α、i_β做差后，再经过SAI基波提取环节，同时把提取出的正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _β1输出。这样，输出的同时再次回到被总电流i_α、i_β做差环节，如此循环，形成闭环反馈控制，提取更为准确的正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _β1。

图7所示为本发明的谐波电流获取图。通过对正序基波电流i⁺ _α1、i⁺ _β1的反复提取，进行运算，使三相负载电流i_abc减去三相正序基波电流i⁺ _abc1获取比较准确的谐波电流i^* _abc。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法，其特征在于：该方法主要包括三相负载电流的提取、Clarke变换、二倍频锁相、正序基波电流提取、Clarke反变换及谐波电流提取；该方法具体内容包括如下步骤：

步骤1提取负载侧三相电流，经过Clarke变换运算，得到两相静止坐标系下的电流；

步骤2运用二倍频锁相方法，对不平衡的电网电压进行锁相跟踪，把跟踪所获得的角频率应用到SAI环节，使其成为SAI环节的输入角频率，这样就能够使SAI跟电网电压同步；

步骤3在步骤1中得到的两相静止坐标系下的电流，使其通过SAI环节后，提取其正序基波电流；

步骤4对提取的正序基波电流进行Clarke反变换运算，得到三相的正序基波电流；

步骤5在三相正序基波电流的基础上提取谐波电流，用总的负载电流和在步骤4中得到的三相正序基波电流做差，经过计算求得谐波电流。