多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统领域，涉及一种基于瞬时对称分量变换理论的多相电力系统 广义谐波电压和电流的检测方法。
【背景技术】
[0002] 交流电力系统的理想工作状态是正弦、相序对称、单位功率因数。在实际的电力系 统中，由于存在大量的非线性、非正弦、非相序对称、低功率因数等无效成分，随着微电子设 备、高精密制造系统等电能质量敏感性的电力负荷更大规模用于电力系统，动态抑制和消 除电力系统的无效成分成为一种必然选择，对实时高精度检测广义谐波电压电流的需求越 来越迫切。在4相、6相、9相、12相等多相交流电力系统中，多相序的特点使得系统内的非 线性、非正弦性、非对称性、低功率因数等电气特性变得更为复杂，现有的适用于单相和三 相电路的广义谐波检测方法不能直接用于多相电路的广义谐波检测。
[0003] 现有的单相和三相电路的广义谐波检测方法主要采用两种方法，一种是对其中的 谐波电流成分、无功电流成分和不对称电流成分进行分别检测，另一种是基于瞬时无功功 率理论进行综合检测。第一种方法虽然能够精确检测出广义谐波，但是检测过程过于复杂， 需要用到多种数学方法，实时性也比较差；第二种方法虽然相对比较简单，实时性大大提 高，但是主要用于广义谐波电流的检测，存在电压波形畸变会影响到广义谐波电流的检测 精度的问题，此外，其瞬时无功功率理论是针对三相电路提出的，用于三相以上的多相电路 尚有许多新问题需要克服。
[0004] 鉴于现有的单相和三相电路的广义谐波检测的上述不足和缺乏通用性的多相交 流电力系统广义谐波检测装置的现状，本发明提出一种基于瞬时对称分量变换的多相电路 广义谐波检测方法，采用先进的信号检测算法和数字信号处理芯片，可以简单、快速、实时、 精确实现任意相电力系统的广义谐波检测的综合检测，不仅为发展任意相电路的广义有源 电力滤波器、统一电能质量调节器提供了一种非常高效的信号检测方法，还且为分析任意 相交流电力系统的非线性、非正弦、非相序对称、低功率因数等无效成分提供了一种有效方 法，具有广泛的实用性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种适合任意相数的多相交流电力系统广义谐波电压电流 瞬时值综合检测的高效方法，克服现有单相和三相电路广义谐波电压电流检测方法的不 足，解决现有广义谐波电压电流瞬时值检测方法存在的实时性不强、准确度不高、适用范围 不广、检测算法不简练、硬件实现不容易的技术问题。
[0006] 本发明提出一种基于瞬时对称分量变换的多相电路广义谐波检测方法，其基本组 成包括广义谐波电压检测算法和广义谐波电流检测算法。
[0007] 本发明中的广义电压检测算法由电压瞬时对称分量变换算法、正序电压正弦代数 变换算法、电压均值直流滤波算法、正序工频电压初相算法、正序工频电压重构算法、广义 谐波电压计算算法组成。
[0008] 本发明中的广义谐波电流检测算法由电流瞬时对称分量变换算法、正序电流余弦 代数变换算法、电流均值直流滤波算法、正序工频电流初相算法、电压电流相位差算法、正 序工频有功电流重构算法、广义谐波电流计算算法组成。
[0009] 本发明中的多相电路广义谐波检测方法的具体算法步骤如下： 第一步：电压瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电压
【主权项】
1. 一种发明多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法，基本组成包括广义谐波电 压检测算法和广义谐波电流检测算法。
2. 根据权利要求1所述多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法，其特征是广义 谐波电压检测算法由电压瞬时对称分量变换算法、电压正弦代数变换算法、电压均值滤波 算法、电压初相算法、电压重构算法、广义谐波电压计算算法组成。
3.根据权利要求1所述多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法，其特征是广义 谐波电流检测算法由电流瞬时对称分量变换算法、电流余弦代数变换算法、电流均值滤波 算法、电流初相算法、电压电流相位差算法、电流重构算法、广义谐波电流计算算法组成。
4.根据权利要求1所述多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法，其特征是多相 电路的广义谐波电压和广义谐波电流检测算法的具体步骤如下： 第一步：电压瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电压
为多相电路的相名）进行瞬时对称分量变换，提取正序对 称电压分量相电压和相电流得瞬时对称分量变换关系式为：
第二步：电流瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电…\的f (N为多相电路的相名）进行瞬时对称分量变换，提取正序对称电流分量相电流得瞬 时对称分量变换关系式为：
其中，矩阵if仍然是第一步中的矩阵:if; 第三步：电压正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代 数变换，得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号， 的正弦代数变换和余弦代数变换分别为：
的共轭复数，即 第四步：电压均值滤波算法对复合电压信号进行滑动平均值运算，得到直流电压成分 %'和 ； 第五步：电压初相算法根据直流电压成分和#_^进行正序工频电压分量的初始 相位角计算的运算，计算出正序工频电压分量的初始相位角初始相位角的计算 算法为：
第六步：电流正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量up)进行正弦和余弦代 数变换，得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号， 的正弦代数变换和余弦代数变换分别为：
第七步：直流均值滤波算法对复合电流信号1^进行滑动平均值运算，得到直流电流成 爾 f 爾 f 分I?和|_; 第八步：电流初相算法根据直流电流成分和U进行正序工频电流分量的初始 相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角？初始相位角的计算 丨川11鲁 111 算法为：
第九步：电压电流相位算法根据正序工频电压的初相位!^和正序工频电流的初相位 %,计算:出正序工频电'流与正序工频电压之间的相位差相位差i的计算:算:法为：
第十步：电压重构算法对提取的直流电压成分进行正弦余弦代数变换得到正序工频 电压％^),然后进行瞬时对称分量反变换，得到各相正序工频电压瞬时值％@)(%@|
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％:以给出正序工频电压的重构算法为：
电压瞬时对称分量反变换为：
第~1^一步：电流重构算法对提取的直流电流成分进行正弦代数变换得到正序工频有 功电流然后进行电流瞬时对称分量反变换，得到各相正序工频有功电流瞬时值
根据可以给出正序工频有功电流的重构算法为：
其中，fJ/乃然是第十步中的矩阵fJr; 第十二步：广义谐波电压计算算法进行各相电压瞬时值和正序工频电压瞬时值的代数 差运算，得到广义谐波电压瞬时{1 ?.
『)，求取的代数差算法为
第十三步：广义谐波电流计算算法进行各相电流瞬时值和正序工频有功电流瞬时值的 代数差运算，得到广义谐波电流瞬时1
)，棘白勺撤謙去为
【专利摘要】本发明属于电力系统领域，涉及一种多相电路广义谐波检测方法，本发明多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法的基本组成包括广义谐波电压检测算法和广义谐波电流检测算法。广义谐波电压检测算法由电压瞬时对称分量变换算法、电压正弦代数变换算法、电压均值滤波算法、电压初相算法、电压重构算法、广义谐波电压计算算法组成。广义谐波电流检测算法由电流瞬时对称分量变换算法、电流余弦代数变换算法、电流均值滤波算法、电流初相算法、电压电流相位差算法、电流重构算法、广义谐波电流计算算法组成。本发明提出的广义谐波检测方法，具有锁相简单、实时性强、准确度高、算法简练、实现容易、经济性好和适用范围广等技术效果。
【IPC分类】G01R19-06
【公开号】CN104698257
【申请号】CN201310657477
【发明人】刘桂英, 粟时平, 粟渊恺, 覃晔, 徐志, 罗钱
【申请人】长沙理工大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月9日