CN115060952A - 一种基于级联sogi的2倍频谐波电流检测方法 - Google Patents
一种基于级联sogi的2倍频谐波电流检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115060952A CN115060952A CN202210502966.XA CN202210502966A CN115060952A CN 115060952 A CN115060952 A CN 115060952A CN 202210502966 A CN202210502966 A CN 202210502966A CN 115060952 A CN115060952 A CN 115060952A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- current
- sogi
- phase
- frequency
- fundamental
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 8
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，属于电能质量技术领域，包括：利用2倍频锁相方法提取电网电压的基波频率；将电网电流值由三相坐标系转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ；利用电网电压的基波频率，结合电流iα和iβ使用级联SOGI提取基波电流分量iα1和iβ1；将基波电流分量iα1和iβ1反变换至三相坐标系得到三相电流基波分量；将三相电网电流值与三相电流基波分量做差，得到三相电网电流中所含全部次谐波分量。本发明首次将2倍频锁相方法应用于谐波电流检测中，并利用级联SOGI结构代替低通滤波器提取电网电流基波分量，实现对任意次全电流谐波检测，在理想电网与电压跌落工况中均适用。
Description
技术领域
本发明涉及电能质量技术领域，尤其是一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法。
背景技术
长期以来对于电力系统而言，谐波问题直接关乎电网系统以及系统内各电气设备的稳定运行，特别是电力电子装置和非线性负载的激增又使得谐波问题的危害更加突显。供配电系统在受到谐波干扰时，系统中的敏感器件会出现误动作，影响系统稳定和安全。此外，谐波是造成电网电压电流波形畸变的重要原因，同次谐波还会增加电路损耗、影响电能质量。谐波还会导致电力变压器的铜损和铁损增加，影响其工作效率。所以对谐波信号的治理十分重要。为了抑制和补偿谐波，有源电力滤波器是现今常用的谐波治理装置，而准确检测谐波又是治理谐波的前提条件和关键技术。目前，常见的谐波检测方法有基于瞬时无功功率理论的检测方法、基于傅里叶变换的检测方法、基于神经网络的检测方法、基于小波分析检测方法等。
现有方法中，基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法因为具有实时性好、结构简单等优点，而被广泛研究应用，但现有谐波检测方法仍有改进的空间。目前已经有了从三相系统中获取2倍频的技术，比如文献《电网电压不平衡时基于二阶广义积分器SOGI的2倍频电网同步锁相方法》和文献《基于正弦幅值积分器的新型2倍频锁相技术》。其中，二阶广义积分器为Second-Order Generalized Integrator，以下简称S0GI。这两篇文献通过对三相电网电压不平衡情况时dq旋转坐标系下产生2倍频波动的原因进行了理论分析，利用矩阵变换提取的2倍频分量，分别基于SOGI环节和SAI环节提出了适用于三相电网不平衡情况的2倍频锁相方法。
为了精简谐波检测环节、优化谐波检测结构、避免谐波检测延时、提升谐波检测精度，本发明提出一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法。虽然现有技术中已经公开了2倍频锁相方法和级联SOGI的结构，但尚未有基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法。本发明不申请保护2倍频及其锁相技术的已有权利要求，只申请保护单独新型的基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，首次将2倍频锁相方法应用于谐波电流检测领域，通过结合使用级联SOGI结构，能够实现电网平衡工况与电压跌落的电网不平衡工况下的谐波电流检测。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，使用2倍频锁相方法提取电网基波频率，使用级联SOGI结构提取电流基波分量，综合两个组成环节对任意次全电流谐波进行检测。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述检测方法具体包括以下步骤：
S1、获得三相电网电压，利用2倍频锁相方法提取电网电压的基波频率；
S2、获得三相电网电流值，将电网电流值由三相坐标系转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ；
S3、利用电网电压的基波频率，结合电流iα和iβ使用级联SOGI提取基波电流分量iα1和iβ1；
S4、将基波电流分量iα1和iβ1反变换至三相坐标系得到三相电流基波分量ia1、ib1、ic1；
S5、将S2中提取的获得三相电网电流值与S4中获得的三相电流基波分量做差，得到三相电网电流中所含全部次谐波分量iaf、ibf、ocf，实现对任意次全电流谐波检测。
本发明技术方案的进一步改进在于：S1中，具体包括以下步骤：
S1.1将采集的三相电网电压信号经过Clark变化得到Vα和Vβ；
S1.2将Vα和Vβ通过T′+变化矩阵得到含有2倍频分量和直流分量的复合信号V′q；
S1.3将V′q通过改进的SOGI，得到不含直流分量的2倍频交流量V′q+，2倍频交流量V′q+＝V+sin(2ωt)，其中V+为电压幅值，同时生成一个与V′q+正交的2倍频交流信号-qV′q+，其中-qV′q+＝V+cos(2ωt))；
S1.4将-qV′q+与V′q+进行Park变化，并对2ωt进行锁相，此时Park变化的变换角为
其中
为锁相角，中间运算量
为两倍工频锁相角；
S1.5对输出进行除2Π的运算，即可得到电网电压的基波频率。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述改进的SOGI的结构即在单级SOGI结构的输出qV′后增加做差路径使得该结构具有陷波器特性，进而用于消除正交信号中的直流分量。
本发明技术方案的进一步改进在于：S3中，将转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ利用级联SOGI进行滤波提取电流基波分量。
本发明技术方案的进一步改进在于：S3中，所述级联SOGI的结构采用两个单级SOGI结构进行串联。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述两个单级SOGI结构均以电网电压基波频率作为谐振角频率值。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述两个单级SOGI结构所使用的谐振角频率值由2倍频锁相技术提供，二者协同作用以实现对任意次全电流谐波检测。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明在谐波电流检测领域中首次通过使用2倍频锁相方法提取电网基波频率，使用级联SOGI结构提取电流基波分量进行谐波检测，结构简单，思路清晰。
2、本发明通过使用级联SOGI结构增加了谐波检测的精确度，通过使用2倍频锁相方法提高了谐波检测的快速性。
3、本发明通过应用2倍频锁相方法，能够准确快速地锁定任意时刻电网电压相位信息，并提取基波频率用于级联SOGI结构对电流基波分量提取，实现对任意次全电流谐波检测，在平衡电网工况与单相电压跌落工况中均适用，大大拓宽了谐波检测方法的应用范围。
4、本发明的谐波检测方法是谐波检测中首次使用2倍频锁相方法提取电网基波频率进行谐波检测，具有独创性和开拓性。
附图说明
图1是本发明整体结构框图；
图2是本发明所使用的2倍频锁相方法结构图；
图3是本发明中单级SOGI结构原理图；
图4是本发明中改进的SOGI结构原理图；
图5是本发明所使用的级联SOGI结构原理图；
图6是平衡电网工况下使用本发明方法提取的三相网侧电流波形；
图7是使用本发明方法检测出的A相网侧电流中的谐波电流分量；
图8是单相电压跌落工况下使用本发明方法提取的三相网侧电流波形；
图9是使用本发明方法检测出的A相网侧电流中的谐波电流分量。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，本发明提出一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，使用2倍频锁相方法提取电网基波频率，使用级联SOGI结构提取电流基波分量，综合两个组成环节协同作用实现对任意次全电流谐波进行检测，具体包括如下步骤：
S1、获得三相电网电压，利用2倍频锁相方法提取电网电压的基波频率，如图2所示；
S1.1将采集的三相电网电压信号经过Clark变化得到Vα和Vβ；
S1.2将Vα和Vβ通过T′+变化矩阵得到含有2倍频分量和直流分量的复合信号V′q；
S1.3将V′q通过改进的SOGI，得到不含直流分量的2倍频交流量V′q+，2倍频交流量V′q+＝V+sin(2ωt)，其中V+为电压幅值，同时生成一个与V′q+正交的2倍频交流信号-qV′q+，其中-qV′q+＝V+cos(2ωt))；
单级SOGI结构如图3所示，改进的SOGI的结构如图4所示，改进的SOGI的结构即在单级SOGI结构的输出qV后增加做差路径使得该结构具有陷波器特性，进而用于消除正交信号中的直流分量。
S1.4将-qV′q+与V′q+进行Park变化，并对2ωt进行锁相，此时Park变化的变换角为
其中
为锁相角，中间运算量
为两倍工频锁相角；
S1.5对输出进行除2Π的运算，即可得到电网电压的基波频率。
2倍频锁相方法中间运算量为2θ和200π，其中，200π＝2π×2f＝2π×100，是传统锁相方法中间运算量的二倍，又时间与频率成倒数关系，所以2倍频锁相方法(DFF-PLL)较传统锁相方法能更快地提取电网电压基波频率。
S2、获得三相电网电流值，将电网电流值由三相坐标系转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ；
S3、利用电网电压的基波频率，结合电流iα和iβ使用级联SOGI提取基波电流分量iα1和iβ1；
将转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ利用级联SOGI进行滤波提取电流基波分量。
单级SOGI结构原理图如图3所示，级联SOGI结构原理图如图5所示，级联SOGI结构采用两个单级SOGI结构进行串联，在滤波效果上等同于进行了两次滤波，实现了更好的滤波效果，通过提高对电流基波分量的检测精度从侧面提升了对谐波电流的检测精度。
级联SOGI结构中的V表示交流输入信号；V'与qV'为第一个SOGI的正交输出信号；V"与qV"为第二个SOGI的正交输出信号；ω0为电网电压基波频率，两个单级SOGI均以此频率值作为谐振角频率值。iα和iβ对应级联SOGI结构图中的输入信号V，iα1和iβ1对应级联SOGI结构图中的输出信号V"。
S4、将基波电流分量iα1和iβ1反变换至三相坐标系得到三相电流基波分量ia1、ib1、ic1；
S5、将S2中提取的获得三相电网电流值与S4中获得的三相电流基波分量做差，得到三相电网电流中所含全部次谐波分量iaf、ibf、icf，实现对任意次全电流谐波检测。
所述任意次全电流谐波为除去基波电流分量外的其余是基波电流分量任何整数倍的谐波电流分量。
平衡电网工况下，提取的包含任意次全电流谐波的三相电流波形如图6所示。
检测出的A相网侧电流中的谐波电流波形如图7所示。
单相电压跌落工况下，提取的包含任意次全电流谐波的三相电流波形如图8所示。
检测出的A相网侧电流中的谐波电流波形如图9所示。
结合图6-9所示的使用本发明中的谐波电流检测方法分别在平衡电网工况和单相电压跌落工况下的检测波形，表明基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法具有真实性和普适性，检测快速准确。
综上所述，本发明首次将2倍频锁相方法应用于谐波电流检测中，并利用级联SOGI结构代替低通滤波器提取电网电流基波分量，实现对任意次全电流谐波检测，在理想电网与电压跌落工况中均适用。
Claims (8)
1.一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：使用2倍频锁相方法提取电网基波频率，使用级联SOGI结构提取电流基波分量，综合两个组成环节协同作用对任意次全电流谐波进行检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：所述检测方法具体包括以下步骤：
S1、获得三相电网电压，利用2倍频锁相方法提取电网电压的基波频率；
S2、获得三相电网电流值，将电网电流值由三相坐标系转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ；
S3、利用电网电压的基波频率，结合电流iα和iβ使用级联SOGI提取基波电流分量iα1和iβ1；
S4、将基波电流分量iα1和iβ1反变换至三相坐标系得到三相电流基波分量ia1、ib1、ic1；
S5、将S2中提取的获得三相电网电流值与S4中获得的三相电流基波分量做差，得到三相电网电流中所含全部次谐波分量iaf、ibf、icf，实现对任意次全电流谐波检测。
3.根据权利要求2所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：S1中，具体包括以下步骤：
S1.1将采集的三相电网电压信号经过Clark变化得到Vα和Vβ；
S1.2将Vα和Vβ通过T′+变化矩阵得到含有2倍频分量和直流分量的复合信号V′q；
S1.3将V′q通过改进的SOGI，得到不含直流分量的2倍频交流量V′q+，2倍频交流量V′q+＝V+sin(2ωt)，其中V+为电压幅值，同时生成一个与V′q+正交的2倍频交流信号-qV′q+，其中-qV′q+＝V+cos(2ωt))；
S1.4将-qV′q+与V′q+进行Park变化，并对2ωt进行锁相，此时Park变化的变换角为
其中
为锁相角，中间运算量
为两倍工频锁相角；
S1.5对输出进行除2Π的运算,即可得到电网电压的基波频率。
4.根据权利要求3所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：所述改进的SOGI的结构即在单级SOGI结构的输出qV′后增加做差路径使得该结构具有陷波器特性，进而用于消除正交信号中的直流分量。
5.根据权利要求2所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：S3中，将转换至αβ坐标系得到电流iα和iβ利用级联SOGI进行滤波提取电流基波分量。
6.根据权利要求2所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：S3中，所述级联SOGI的结构采用两个单级SOGI结构进行串联。
7.根据权利要求6所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：所述两个单级SOGI结构均以电网电压基波频率作为谐振角频率值。
8.根据权利要求7所述的一种基于级联SOGI的2倍频谐波电流检测方法，其特征在于：所述两个单级SOGI结构所使用的谐振角频率值由2倍频锁相技术提供，二者协同作用以实现对任意次全电流谐波检测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210502966.XA CN115060952A (zh) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 一种基于级联sogi的2倍频谐波电流检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210502966.XA CN115060952A (zh) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 一种基于级联sogi的2倍频谐波电流检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115060952A true CN115060952A (zh) | 2022-09-16 |
Family
ID=83199206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210502966.XA Pending CN115060952A (zh) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 一种基于级联sogi的2倍频谐波电流检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115060952A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104579322A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 闫朝阳 | 基于双带通滤波器结构的2倍频锁相方法 |
| CN106655276A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-05-10 | 燕山大学 | 一种适用于三相电网电压的新型锁相方法 |
| CN106959385A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-18 | 燕山大学 | 电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法 |
| CN107478896A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-12-15 | 广西大学 | 一种基于级联广义积分器的频率自适应谐波电流检测方法 |
-
2022
- 2022-05-09 CN CN202210502966.XA patent/CN115060952A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104579322A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-04-29 | 闫朝阳 | 基于双带通滤波器结构的2倍频锁相方法 |
| CN106655276A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-05-10 | 燕山大学 | 一种适用于三相电网电压的新型锁相方法 |
| CN106959385A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-07-18 | 燕山大学 | 电网电压不平衡时基于二倍频锁相的谐波电流检测法 |
| CN107478896A (zh) * | 2017-07-14 | 2017-12-15 | 广西大学 | 一种基于级联广义积分器的频率自适应谐波电流检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ZHAOYANG YAN ET AL.: "《Harmonic current detection method of double frequency phase lock based on cascade SOGI》", 《2021 31ST AUSTRALASIAN UNIVERSITIES POWER ENGINEERING CONFERENCE (AUPEC)》, 30 September 2021 (2021-09-30), pages 1 - 6 * |
| 李建霞 等: "《基于正弦幅值积分器的全电流谐波检测方法》", 《太阳能学报》, vol. 41, no. 2, 28 February 2020 (2020-02-28) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gao et al. | Phase-locked loop for AC systems: Analyses and comparisons | |
| Kumar et al. | Hardware in the loop implementation of wavelet based strategy in shunt active power filter to mitigate power quality issues | |
| CN102253266B (zh) | 一种基于线性滤波器的三相四线制谐波电流检测方法 | |
| CN104600696A (zh) | 一种用于不平衡条件下的软件锁相环实现方法 | |
| CN105449718A (zh) | 基于改进型串联信号延迟对消算法的并网同步锁相方法 | |
| Gao et al. | Phase-locked loops for grid-tied inverters: Comparison and testing | |
| CN103117562A (zh) | 一种高压级联能量回馈变频器功率模块的控制方法 | |
| CN103592984B (zh) | 三角形连接变流器电流瞬时序分量分解和重构方法 | |
| CN105610145A (zh) | 一种功率可回馈的有源全谐波消弧控制方法及其系统 | |
| CN110661263B (zh) | 含有自适应延时滤波器的锁频环及基于该锁频环的并网逆变器控制方法 | |
| CN115060952A (zh) | 一种基于级联sogi的2倍频谐波电流检测方法 | |
| CN111740633A (zh) | 一种不平衡网压条件下并网逆变器的改进数字控制方法 | |
| CN107703358A (zh) | 一种基于改进二阶广义积分器的锁相算法 | |
| CN109307800A (zh) | 一种电网总谐波检测方法 | |
| CN108899906B (zh) | 一种三相四线制apf内置重复无差拍控制方法 | |
| CN104820129A (zh) | 一种基波正序有功电流的检测方法 | |
| Jung et al. | Improved grid-synchronization technique based on adaptive notch filter | |
| CN106771597B (zh) | 一种省略Park变换的无锁相环式SAI谐波电流检测方法 | |
| Kaya et al. | Advanced PLL structure for HVDC transmission under unbalanced grid conditions | |
| Pan et al. | A novel pq control strategy for non phase-locked loop based on hilbert transform | |
| Guo et al. | Improved park inverse transform algorithm for positive and negative sequence separation of grid voltage under unbalanced grid conditions | |
| CN112260310B (zh) | 一种不平衡电网下基于能量算子的三相逆变器同步控制方法 | |
| Du et al. | Detection scheme of positive sequence components based on operation period delay filter | |
| Xu et al. | Analysis and Comparison of Two Detection Methods for Fundamental Positive Sequence Active Current | |
| Wu et al. | Harmonic current detection and simulation with active power filter based on simulink |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |