一種改進(jìn)的ip-q諧波電流檢測方法

一種改進(jìn)的ip-q諧波電流檢測方法

0基于基波功能理論的知識產(chǎn)權(quán)管理的諧波檢測方法在現(xiàn)代社會，大量能源電子裝置被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、能源系統(tǒng)、交通、輸電和家用電器，公共供電受到嚴(yán)重的聲波污染。電力諧波已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的公害,威脅著電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全運行與正常使用。研究電力系統(tǒng)的諧波問題已經(jīng)變的非常重要,對諧波進(jìn)行檢測是研究諧波問題的一個重要組成部分,稱為諧波治理的核心內(nèi)容。在現(xiàn)今眾多的諧波電流檢測方法中,基于瞬時無功功率理論的ip-iq諧波檢測方法是應(yīng)用較多的一種。該方法具有諸多優(yōu)點,比如檢測電路簡單、延時少、實時性好等。此方法能夠檢測出電流基波分量和電流總的諧波分量,對于檢測出系統(tǒng)總的諧波分量具有較高的準(zhǔn)確性。而在實際諧波電流的治理中,需要檢測出具體的高次諧波電流分量。傳統(tǒng)的ip-iq檢測方法已經(jīng)滿足不了這種高次諧波電流的檢測需求了。對此,本文在介紹傳統(tǒng)的ip-iq電流諧波檢測方法的基礎(chǔ)上,對具體高次諧波電流的檢測提出了一種改進(jìn)的ip-iq諧波檢測方法。1基于數(shù)字低通濾波器的諧波檢測傳統(tǒng)的ip-iq檢測方法是在瞬時無功功率理論基礎(chǔ)上推導(dǎo)出來的。瞬時無功功率理論是在1983年由日本學(xué)者赤木泰文先生提出的,主要是針對三相三線制電路諧波的實時檢測。瞬時無功功率理論的基本思想是對輸入信號進(jìn)行變換把其中的基波分量轉(zhuǎn)化為直流量,而其它的高頻分量仍然為交流量,然后通過低通濾波器提取出包含基波分量的直流量,再進(jìn)行反變換來得到基波分量。根據(jù)文獻(xiàn),有:u02=3U2/2,把式(3)和式(4)結(jié)合得:式中ipz、iqz是直流分量,對應(yīng)于iA、iB、iC中的基波分量;ipj、iqj是交流分量,對應(yīng)于iA、iB、iC的諧波分量?？梢酝ㄟ^數(shù)字低通濾波器從ip、iq中分離出ipz、iqz,再由式(2)、(5)進(jìn)行反變換可得ABC三相坐標(biāo)下的基波電流分量,即:最后,三相電流瞬時值減去三相基波電流就得到三相瞬時諧波電流。圖1所示為傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測方法的原理圖。圖1中,A相電壓uA通過PLL和正、余弦函數(shù)發(fā)生器得到正、余弦信號,然后得到變換矩陣C1、C2,PLL為鎖相環(huán)電路,LPF為數(shù)字低通濾波器。2高次諧波檢測方法原理由前述ip-iq諧波檢測方法可知,傳統(tǒng)的ip-iq法只能檢測出基波和總的諧波分量,但不能檢測出具體的高次諧波分量。為了能夠檢測具體的高次諧波,需要對傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測法改進(jìn),首先把C1矩陣中的角頻率ω變?yōu)閗ω,進(jìn)行倍頻旋轉(zhuǎn)變換,然后加入諧波電流負(fù)序分量的檢測環(huán)節(jié),這樣就彌補了圖1檢測方法遺漏諧波負(fù)序分量的缺點,提高了高次諧波檢測的精度。對于高次諧波電流負(fù)序分量的檢測環(huán)節(jié),只需把式(1)中三相瞬時電壓uA、uB、uC的相序改寫為負(fù)序的形式,就可以檢測出。具體負(fù)序分量檢測方法為:根據(jù)式(2)、式(4)得:把式(2)代入式(9)中得:然后,經(jīng)過LPF分離出直流分量直流分量再根據(jù)式(10)、式(2)進(jìn)行反變換就可以得到ABC坐標(biāo)下的諧波負(fù)序分量,即:按照改進(jìn)檢測方法的思路,具體的高次諧波檢測過程為:第一步,三相電流iA、iB、iC分別通過正序變換矩陣C32C1+和負(fù)序變換矩陣C32C1-得到正序量ip+、iq+和負(fù)序量ip-、iq-;接著,正序量ip+、iq+和負(fù)序量ip-、iq-分別經(jīng)過LPF濾波,得出各自相應(yīng)的直流分量;第二步,直流分量再通過正序反變換C2+C23和負(fù)序反變換C2-C23就得出高次諧波電流的正序分量i+Ak、i+Bk、i+Ck和負(fù)序分量iAk、iBk、iCk;第三步,正序分量和負(fù)序分量二者相加就得出所要檢測的高次諧波分量。圖2所示為高次諧波檢測方法的原理圖。在圖2中,C1+、C2+為正序的正余弦變換矩陣,C1-、C2-為負(fù)序的正余弦變換矩陣,有3檢測方法仿真先使用Matlab軟件對傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測方法進(jìn)行仿真,用圖1方法檢測電流基波分量和電流總諧波分量;然后再用Matalab對改進(jìn)的ip-iq諧波檢測方法進(jìn)行仿真,分別用圖1方法和圖2方法檢測具體某高次諧波分量。假設(shè)待檢測信號為:信號采樣頻率為每個工頻周期內(nèi)的采樣128點,LPE采用三階Elliptic低通濾波器。仿真結(jié)果如圖3~圖6所示。根據(jù)圖4所示的仿真波形可以明顯看出,圖1檢測方法能準(zhǔn)確的檢測出基波分量和總諧波分量。分別用圖1和圖2方法仿真檢測某高次諧波分量時,以三次諧波為例。檢測仿真圖如圖5和圖6所示。由圖5和圖6的仿真結(jié)果對比可看出,圖2方法可以檢測出三次諧波中的正序分量、負(fù)序分量進(jìn)而能檢測出三次諧波,而圖1方法只能檢測出三次諧波中的正序分量。因此,用圖2方法檢測高次諧波比用圖1方法檢測更精確。4ip-方式諧波檢測傳統(tǒng)的ip-iq諧波檢測方法在實際中的應(yīng)用中,主要用于對電流基波分量和諧波分量的檢測,具有很好的準(zhǔn)確性和實時性等優(yōu)點。但是,用它對具體高次諧波分量的檢測時,就會存在誤差比較大的缺點,對于這一點,本文在圖1所示的傳統(tǒng)諧波電流檢測方法的基礎(chǔ)上提出了一種更適合于高次諧波檢測的改進(jìn)ip-iq諧波檢測方法。Matlab仿真結(jié)果表明:改進(jìn)的ip-iq諧波檢測方法在高次諧波檢測方面比傳統(tǒng)的ip-iq檢測方法具有更好的可靠性,更加適合于對某高次諧波電流的實用檢測,而圖1所示的傳統(tǒng)ip-iq諧波檢測方法則比較適合于基波和總諧波的檢測。假設(shè)電路為三相三線制,三相瞬時電壓分別為uA、uB、uC,其幅值為U。三相瞬時電流分別為iA、iB、iC,通過ABC三相與α-β兩相的坐標(biāo)變換,電壓、電流分別變換到兩相正交的坐標(biāo)系中,在兩相坐標(biāo)系中的瞬時電壓,瞬時電流分別為uα、uβ,iα、iβ,變換矩陣如下:式(1)又可變?yōu)?式中ω為基波角頻率。三相瞬時有功功率p為電壓矢量u的模u0和三相瞬時有功電