CN112436529A - 不平衡负载有功电流的提取方法及补偿装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种不平衡负载有功电流的提取方法及补偿装置，该方法主要包括负载电流采集模块采集不平衡负载的电流值，交流电压采集模块采集电网电压，然后分别将采样电流值和采样电压值送入到有功电流提取模块中，进行不平衡负载电流中有功电流提取；该方法还包括将有功电流送入到电流指令生成模块中，生成负载电流指令信号，所述负载电流指令信号经驱动模块和主电路后，生成实际的补偿电流，注入电网，对负载电流进行实时补偿。本发明提供的不平衡负载有功电流的提取方法，可以快速提取现场不平衡负载电流中的有功电流分量，该不平衡负载有功电流的提取方法在单相电源系统和三相电源系统中均可使用。

Description

不平衡负载有功电流的提取方法及补偿装置
技术领域
本发明涉及电力系统的动态补偿技术领域，具体涉及不平衡负载有功电流的提取方法及补偿装置。
背景技术
随着我国经济的发展和电力需求的突飞猛进，电网中出现了大量的非线性负荷，非线性负荷的负载电流(除正序基波成分之外还包括正序谐波、负序基波、以及负序谐波，在三相四线制电力系统中，还可能存在零序电流)流入电网，在电网阻抗上形成工频正弦的电网电压降，使得电网端电网电压出现畸变和不对称，给电力系统和电力系统的其他用户造成了严重的影响。
电力系统中由于感性负荷、容性负荷或晶闸管开关引起的无功功率与谐波一直是近些年来学术界讨论的热点。无功功率对供、用电产生一定的不良影响，主要表现在：
1)无功功率会导致电流增大和视在功率增加，导致系统容量下降。
2)无功功率增加，会使总电流增加，从而使设备和线路的损耗增加。
3)使线路的压降增大，冲击性无功负载还会使电压剧烈波动。
因此，将非线性负载电流中的有功电流分量提取出来是十分有必要的。
发明内容
本发明提供了一种不平衡负载有功电流的提取方法及补偿装置，快速提取不平衡负载电流中的有功分量，用于后续的不平衡补偿控制，维护电网系统的稳定运行。
为实现上述目的，本发明提供了一种不平衡负载有功电流的提取方法，该方法包括如下步骤：
步骤S11：将负载电流采样值和交流电压采样值进行乘法运算，得到第一负载瞬时有功功率；
步骤S12：滤除第一负载瞬时有功功率不需要的频率的信号，得到第二负载瞬时有功功率；
步骤S13：滤除第二负载瞬时有功功率中不需要的高频信号，得到第三负载瞬时有功功率；
步骤S14：将第二负载瞬时有功功率和交流电压采样值进行乘法运算，得到中间信号A、B、C；
步骤S15：计算交流电压采样值有效值和有效值的平方；
步骤S16：使用中间信号A、B、C除以交流电压采样值的有效值平方，得到不平衡负载的有功电流信号。
上述的不平衡负载有功电流的提取方法，还包括如下步骤：
步骤S21：将所述不平衡负载的有功电流信号进行Park变换，得到d轴电流分量和q轴电流分量和z轴电流分量；
步骤S22：将d轴电流分量和q轴电流分量分别进行滤波；
步骤S23：将滤波后的d轴电流分量、q轴电流分量和z轴电流分量进行Park反变换，得到负载电流指令信号。
上述的不平衡负载有功电流的提取方法，还包括如下步骤，
步骤31：将所述负载电流指令信号、、作为参考信号生成实际的补偿电流。
本发明还提供一种不平衡负载补偿装置，集成如权利要求1-3所述不平衡负载有功电流的提取方法，其特征在于包括，
负载电流采集模块，所述负载电流采集模块用于采集负载电流值；
交流电压采集模块，所述交流电压采集模块用于采集交流电压值；
有功电流提取模块，所述有功电流提取模块用于提取负载电流中的有功电流；
电流指令生成模块，所述电流指令生成模块用于将负载的有功电流生成负载电流指令信号；
驱动模块，所述驱动模块用于将所述负载电流指令信号生成驱动信号；
主电路，根据所述驱动信号生成实际的补偿电流。
本发明提供的不平衡负载有功电流的提取方法及补偿装置，可以快速提取现场不平衡负载电流中的有功电流分量，用于后续的补偿装置生成补偿电流，对不平衡负载电流进行实时补偿，减少无功分量对电网产生的不良影响，维护电网系统的稳定运行。同时，本发明提供的不平衡负载有功电流的提取方法可在单相系统中使用，也可在三相系统中使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的不平衡负载电流补偿的系统框图；
图2为图1中提取负载有功电流模块的一具体实施例；
图3为Park变换实施例框图；
图4为本发明提取不平衡负载有功电流的方法流程图。
图5为本发明电流指令生成的方法流程图。
图例说明：1为三相电源，2为不平衡负载，3为补偿装置，31为控制模块，32为主电路，311为交流电压采集模块，312为负载电流采集模块，313为有功电流提取模块，314为电流指令生成模块，315为驱动电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
图1所示为本发明提供的不平衡负载电流补偿的系统框图，其中，1为三相电源，2为不平衡负载，3为补偿装置，所述补偿装置3可以为有源滤波器。在补偿装置3中，我们设计了控制模块31和主电路32，所述控制模块31能够实现提取不平衡负载电流中的有功电流、生成负载电流指令信号和生成驱动信号等功能；所述主电路32根据驱动信号生成补偿电流ica/icb/icc/icn，注入到三相电网中，实时补偿不平衡负载电流。所述控制模块31包括交流电压采集模块311，负载电流采集模块312，有功电流提取模块313，电流指令生成模块314和驱动电路315，所述负载电流采集模块312采集不平衡负载2的电流iLa/iLb/iLc，交流电压采集模块311采集电网电压va/vb/vc，分别将电流采样值iLa’/iLb’/iLc’和电压采样值va’/vb’/vc’送入到有功电流提取模块313中，提取出不平衡负载2的电流iLa/iLb/iLc中的有功电流iPa/iPb/iPc，并将该有功电流iPa/iPb/iPc送入到电流指令生成模块314中，生成负载电流指令信号Ia*/Ib*/Ic*，所述负载电流指令信号Ia*/Ib*/Ic*经驱动模块315生成主电路32的驱动信号后，主电路32生成的补偿电流ica/icb/icc/icn，注入电网，对负载电流进行实时补偿。
图2为图1中有功电流提取模块313的一具体实施例，将负载电流采样值iLa’/iLb’/iLc’和交流电压采样值va’/vb’/vc’经第一乘法器3131计算得到第一负载瞬时有功功率Pa/Pb/Pc，再经过陷波器3132的处理得到第二负载瞬时有功功率P’a/P’b/P’c，低通滤波器3133进行滤波得到第三负载瞬时有功功率P”a/P”b/P”c，第二乘法器3134将交流电压采样值va’/vb’/vc’与第三负载瞬时有功功率P”a/P”b/P”c进行乘法运算得到中间信号A/B/C，除法器3135将中间信号A/B/C除以交流电压采样值的的平方值U2a_rms/U2b_rms/U2c_rms，得到不平衡负载2的电流iLa/iLb/iLc中的有功电流iPa/iPb/iPc。上述各类运算器可以是用模拟电路搭建的运算器，更优选的为运算芯片中的运算模块，例如TI公司的TMS320F28335。所述低通滤波器3133可以选择具有较高截止频率的滤波器，可以将延时控制在us级，实现真正的有功分量快速提取。采用上述方法提取出不平衡负载有功电流iPa/iPb/iPc后，经电流指令生成模块314可生成负载电流指令信号Ia*/Ib*/Ic*。
所述有功电流提取模块313中包括一提取不平衡负载有功电流的方法，如图3所示，主要包括以下步骤：
步骤S11：将负载电流采样值iLa’/iLb’/iLc’和交流电压采样值va’/vb’/vc’相乘，得到负载瞬时有功功率Pa、Pb、Pc；
步骤S12：经滤除第一负载瞬时有功功率Pa、Pb、Pc不需要的频率信号，得到第二负载瞬时有功功率P′a、P′b、P′c；
步骤S13：滤除第二负载瞬时有功功率P′a、P′b、P′c信号送入到低通滤波器中，滤除掉不需要的高频信号，得到第三负载瞬时有功功率P″a、P″b、P″c；
步骤S14：将第三负载瞬时有功功率P″a、P″b、P″c信号和交流电压采样值va’/vb’/vc’进行相乘，得到中间信号A/B/C；
步骤S15：交流电压采样值va’/vb’/vc’的交流电压采样值的有效值Ua_rms、Ub_rms、Uc_rms，和交流电压采样值的平方值
Figure BDA0002776654390000041
步骤S16：使用中间信号A、B、C除以交流电压采样值的平方值
Figure BDA0002776654390000051
Figure BDA0002776654390000052
送入到除法器中，得到不平衡负载的有功电流信号iPa/iPb/iPc。
通过上述方法提取出的不平衡负载的有功电流，滤除了除基波有功电流以外的其它信号，保证了有功电流的提取精度。
所述电流指令生成模块314生成负载电流指令信号的方法如图5所示，包括以下步骤：
步骤S21：将不平衡负载的有功电流信号iPa/iPb/iPc进行Park变换，得到d轴电流分量id、q轴电流分量iq和z轴电流分量iz；
步骤S22：滤除d轴电流分量id和q轴电流分量iq不需要频率的分量，得到所需频率的d轴电流分量'd和q轴电流分量'q；
步骤S23：将滤波后的d轴电流分量'd、q轴电流分量'q和z轴电流分量'z进行Park反变换，得到负载电流指令信号
Figure BDA0002776654390000053
通过上述方法生成的负载电流指令信号
Figure BDA0002776654390000054
经驱动模块315和主电路32后生成补偿电流，对负载电流进行实时补偿。
上述步骤S21中的Park变换主要分两步来进行,如图3所示：
首先，将三相静止坐标系和两相静止坐标系进行变换，即将abc坐标变换到α、β坐标上，经过坐标变换后，得到不平衡负载有功电流信号iPa/iPb/iPc与电流信号iα、iβ之间的关系式为：
Figure BDA0002776654390000055
然后，将两相静止α、β坐标系变换到两相旋转d、q坐标系中，将d、q坐标轴以角速度ω旋转，由于α、β坐标系是静止的，因此，α轴与d轴之间会产生夹角θ＝t，夹角θ随时间而变化，由此推导出旋转d、q坐标轴与静止α、β坐标轴之间的关系式为：
Figure BDA0002776654390000056
在abc坐标系中，不平衡负载有功电流ia、ib、ic为交流信号，经过上述Park变换后，得到d、q坐标系中的直流信号id、iq。
步骤S23中的Park反变换过程为步骤S21中Park变换的逆过程，在此不再论述其变换过程。
本发明提供的不平衡负载有功电流的提取方法，能够快速提取现场不平衡负载电流中的有功电流，同时本发明提供的不平衡负载电流补偿装置能够实时产生补偿电流，注入到电网中，实现不平衡负载的有功电流补偿，维护电网系统的稳定运行。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.不平衡负载有功电流的提取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤S11：将负载电流采样值和交流电压采样值进行乘法运算，得到第一负载瞬时有功功率；
步骤S12：滤除第一负载瞬时有功功率不需要的频率的信号，得到第二负载瞬时有功功率；
步骤S13：滤除第二负载瞬时有功功率中不需要的高频信号，得到第三负载瞬时有功功率；
步骤S14：将第二负载瞬时有功功率和交流电压采样值进行乘法运算，得到中间信号A、B、C；
步骤S15：计算交流电压采样值有效值和有效值的平方；
步骤S16：使用中间信号A、B、C除以交流电压采样值的有效值平方，得到不平衡负载的有功电流信号。
2.如权利要求1所述的不平衡负载有功电流的提取方法，其特征在于，还包括如下步骤：
步骤S21：将所述不平衡负载的有功电流信号进行Park变换，得到d轴电流分量和q轴电流分量和z轴电流分量；
步骤S22：将d轴电流分量和q轴电流分量分别进行滤波；
步骤S23：将滤波后的d轴电流分量、q轴电流分量和z轴电流分量进行Park反变换，得到负载电流指令信号。
3.如权利要求2所述的不平衡负载有功电流的提取方法，其特征在于，还包括如下步骤，
步骤31：将所述负载电流指令信号、、作为参考信号生成实际的补偿电流。
4.一种不平衡负载补偿装置，集成如权利要求1-3所述不平衡负载有功电流的提取方法，其特征在于包括，
负载电流采集模块，所述负载电流采集模块用于采集负载电流值；
交流电压采集模块，所述交流电压采集模块用于采集交流电压值；
有功电流提取模块，所述有功电流提取模块用于提取负载电流中的有功电流；
电流指令生成模块，所述电流指令生成模块用于将负载的有功电流生成负载电流指令信号；
驱动模块，所述驱动模块用于将所述负载电流指令信号生成驱动信号；
主电路，根据所述驱动信号生成实际的补偿电流。
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