一种谐波与无功电流检测方法与流程

[0001]
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种谐波与无功电流检测方法。


背景技术：

[0002]
近年来电力系统非线性元件的使用日益频繁，导致无功功率及谐波污染问题变得愈加严重，不仅对电能质量造成影响，还威胁到系统的安全稳定运行。为了改善电能质量，提高系统稳定性，对无功电流进行准确快速的检测和补偿变得非常必要。
[0003]
目前主要的滤波及无功电流补偿方式为静止无功发生器(svg)配合有低通源滤波器，采用ip-iq理论实现谐波和无功电流的实时检测和补偿，从而提高电能质量的同时也保证了系统的安全稳定。如图1所示，根据其运行原理可知，其核心环节即为对系统中谐波和无功电流的实时准确的检测，其结果将直接影响到补偿效果。传统ip-iq原理无功电流检测法，可用于电压发生畸变的情况，但当三相电压不对称时，该方法在有功和无功电流的提取上有较大的误差，并且低滤波器的存在使得检测的实时性效果较差。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种谐波与无功电流检测方法，在ip-iq理论谐波与无功电流检测法的基础上，实现在系统三相不对称时谐波与无功电流快速准确检测，从而为后续的无功补偿奠定基础。
[0005]
本发明提供了一种谐波与无功电流检测方法，包括：
[0006]
步骤1，基于信号t/3延迟算法将正、负序电压和电流分离，提取正序分量；
[0007]
步骤2,利用滑动平均滤波器滤除负载电流中的谐波分量，获取基波电流直流分量；
[0008]
步骤3，经过坐标变换直接得到有功和无功电流信号。
[0009]
进一步地，所述步骤1包括：
[0010]
在两相静止坐标系下，将电网电压、电流信号延迟1/3个工频周期t，根据三相对称原则进行相结合，分离三相电网电压中正序、负序分量，提取a相电压正序分量。
[0011]
进一步地，所述步骤2包括：
[0012]
基于滑动平均滤波器，在仅确定采样频率和滑动窗宽度的条件下获取基波电流直流分量。
[0013]
借由上述方案，通过谐波与无功电流检测方法，在系统三相负载电压不对称时，可以快速准确的检测到系统中的谐波与无功电流，为后续的滤波和无功补偿奠定了基础，在提高电能质量的同时，保证了系统的稳定运行。
[0014]
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0015]
图1是基于现有i
p-i
q
理论的谐波与无功电流检测方法原理图；
[0016]
图2是本发明谐波与无功电流检测方法的原理图。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0018]
参图2所示，本实施例提供了一种谐波与无功电流检测方法，包括：
[0019]
步骤1，基于信号t/3延迟算法将正、负序电压和电流分离，提取正序分量。
[0020]
在两相静止坐标系下，将电网电压、电流信号延迟1/3个工频周期t，然后根据三相对称原则进行相结合，最终达到三相电网电压中正序、负序分量分离的目的，实现a相电压正序分量的提取。避免了传统锁相环环节，因电压中负序电压的存在导致采样的电压相位角存在误差，从而影响谐波与无功电流的检测结果的问题。
[0021]
设三相电压为u
a
、u
b
、u
c
；
[0022][0023]
式中：u+和u-为正、负序基波电动势的最大值；θ0
+
和θ0-为正、负序电动势的初始相位角；对其进行时间延迟，可以得出以下公式：
[0024][0025][0026]
联立计算得电压的正序分量：
[0027][0028]
将得到的ua+作为clark变换的输入量，该方法省去了传统锁相环环节(锁相环模块)，能够得到正确的谐波和无功电流分量，避免了三相电网电压不对称时由于负序分量引起的相位差的问题。
[0029]
步骤2,利用滑动平均滤波器滤除负载电流中的谐波分量，获取基波电流直流分量。
[0030]
针对传统方法中利用低通滤波器来提取直流分量所引起的延时性问题，本实施例采用滑动平均滤波器(maf)代替换传统的低通滤波器，只需要确定采样频率和滑动窗宽度，具有比传统低通滤波器更快的动态响应速度和更高的滤波精度，减少了运算量。
[0031]
滑动平均滤波器(maf)基本原理为：
[0032][0033]
式中：x(τ)为输入信号，为输出信号，t为maf的窗宽周期。
[0034]
从式(7)来看，maf就是对t-t时刻到t时刻的输入信号进行平均值求解。由于谐波都是正弦信号，显然当t为谐波周期时可以滤去谐波。理论分析如下。
[0035]
对上式进行拉普拉斯变换后得：
[0036][0037]
设s＝jω，可以得到maf幅频与相频特性为：
[0038][0039]
从式(9)可以看出，当sin(tω/2)＝0时，可完全滤去了角频率为ω的谐波。那么对maf窗宽周期t的要求为：
[0040]
tω＝2hπ，h＝1、2
……
[0041]
即：t/th＝fh/f，h＝1、2
……
[0042]
式中：f为maf的窗宽频率；fh和th分别为谐波的频率和周期。
[0043]
负载电流经过矩阵变换后，既含有基波分量转换成的直流分量，又含有谐波分量转换成的交流分量，而交流分量在一个周期内的平均值为零，因此，经平均值算法之后，负载电流只保留与基波分量对应的直流分量。滑动平均滤波器依靠其滑动平方特性，即使信号发生很微小的变化，滑动平均值也能随之变化，从而逼近真实值，而且此算法不需要每次都循环计算，体现了数据更新的快速性，提高了运算效率。通过省去低通滤波器环节，避免了因传统低通滤波器结构复杂带来的滤波时效性差的问题避免了因传统低通滤波器结构复杂带来的滤波时效性差的问题。
[0044]
步骤3，经过坐标变换直接得到有功和无功电流信号。避免了由clark变换与park的逆变换带来的冗余的计算量，使得计算速度更加迅速。变换计算得为谐波和无功电流的准确补偿奠定了基础。
[0045]
参图2所示，在一具体实施例中，设三相电压为ua、ub、uc，运用延迟法分离出系统中a相电压基波正序分量，仅通过相应的函数运算得到其初始相位角度，避免了锁相环在电压不对称时检测误差。其中
[0046][0047][0048]
由上述函数组成坐标系变换的矩阵c和d，ωt为电网电压的同步旋转角，其中：
[0049]
[0050][0051][0052]
设三相负载电流ia、ib、ic，经α-β变换后得到：
[0053][0054]
经park变换：
[0055][0056]
ip与iq经过滑动平均滤波器(maf)滤除谐波分量后，便得到直流分量与通过矩阵变换得基波分量：
[0057][0058]
仅对直流无功电流进行坐标变换即可得到系统中无功电流。
[0059][0060]
负载三相电流分量与基波分量之差，即为谐波分量和无功电流的和。
[0061][0062]
该谐波与无功电流检测方法，采用t/3延时算法对系统三相电压分离及初始相位采集，避免了锁相环模块在系统中三相电压不对称时因负序电压存在采样电压初相位存在相位差，导致无功电流检测存在误差，从而影响谐波与无功电流的检测结果的问题；采用滑动平均滤波器(maf)进行滤波，利用maf滑动平方特性，准确滤除负载电流中的谐波分量，获得电流正序基波信号，用以弥补传统低通滤波器结构复杂且检测存在延时问题，使得谐波
与无功电流检测更加迅速、精确。
[0063]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。