复杂电网下无功及谐波电流检测算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种复杂电网下无功及谐波电流检测算法，是一种基于自反馈复系数 滤波解耦网络的自适应电流检测算法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于非线性负载的增加，产生大量谐波和无功污染危害电网。要想保证电 网安全稳定运行，需要快速、准确检测出谐波和无功电流，使用补偿装置对电网进行补偿。 现有的谐波和无功电流检测方法主要有基于瞬时无功功率理论的电流检测法、快速傅里叶 变换电流检测法、基于小波变换电流检测法等。目前，基于瞬时无功功率理论的电流检测法 应用最为广泛。
[0003] 基于瞬时无功功率理论的电流检测算法主要有：p-q法，ip-iq法。这些算法在三 相电网对称无畸变时均能准确检测出基波电流分量，但在三相电压不平衡、频率突变、含谐 波等复杂电网情况下，检测结果就会出现较大偏差。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是针对上述已有技术存在的缺陷提供一种复杂电网下无功及谐波电 流检测算法；此算法是一种基于复系数滤波器正负序解耦网络的自适应电流检测法，由于 锁相环采用了自反馈复系数滤波正负序解耦网络、频率反馈及相位反馈，可在复杂电网情 况下准确跟踪电压基波正序分量相序，实现精确锁相；由于电流滤波也采用了自反馈复系 数滤波正负序解耦网络，滤波后的电流可以更精确的实现电流正负序分离。此电流检测法 可在电网电压不对称、有谐波畸变及频率突变等情况下实现电流信号的准确检测。
[0005] 本发明所采用的技术解决方案是：一种复杂电网下无功及谐波电流检测算法，包 括以下步骤： 步骤1 :首先将三相电压和三相负载电流进行Clarke坐标变换，得到:?坐标系下的电 压信号和电流信号_、麵； 步骤2:将^坐标系下的电压信号送入电压正负序解耦网络得到电压正序分 量、._着％￥和负序分量、礙^ ; 步骤3 :将电压正序分量_1、薄、:送入Park变换得到dq坐标系下的分量麵 ，_|通过PID调节得到频率估计值％经过积分1/s得到相位信息，消除了负序分量对 锁相的影响；将锁相得到的电网电压频率分别反馈至电压和电流解耦网络，实现电压锁 相和电流检测频率自适应；锁相得到的g反馈至Park变换，实现相位的精确锁相，将锁相得 到的蒙送入正余弦发生器； 步骤4:将a/?坐标系下的电流信号_送入解耦网络提取电流正序分量 然后送入C矩阵，与正余弦发生器所产生的信号进行计算得到基波电流有功分量觀和无功 分量4，再将i'、L送入反变换矩阵D即可得到基波电流，将负载电流与基波电流相减可得 谐波电流；断开Ip，仅将Iq送入矩阵D可得到基波无功电流；断开Iq，仅将Ip进行反变换 即可得到基波有功电流，再将负载电流与基波有功电流相减可得到谐波和基波无功电流之 和； 步骤5 :当系统仅要求检查谐波电流时，可去掉旋转坐标变换，直接将经解耦滤波网络 提取出的/%、/>进行Clarke反变换即可获得基波电流，将负载电流与基波电流相减可 得谐波电流，使检测网络结构大大简化，提高系统的响应速度。
[0006] 步骤2和步骤4中的电压与电流的解耦网络结构相同，以电压解耦网络为例，采用 的复系数正序滤波器的传递函数为：
式中？！为电网电压的基波角频率，養:为正序滤波器的截止频率； 复系数负序滤波器的传递函数为：
式中_为电网电压的基波角频率，为负序滤波器的截止频率。
[0007] 坐标系下的电压信号_^、|^经过正负序复系数滤波器解耦之后，所得输出 之和_| #1|反馈至电压信号处相减，同时两个输出分别自反馈至正负序滤波器的输入 端，实现电压信号正负序解耦。
[0008] 本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步：本 发明提出了一种基于复系数正负序滤波器的自反馈正负序解耦网络，将电压和电流信号分 别进行正负序解耦，以消除负序分量对电压锁相及电流检测的影响；由于锁相环采用了自 反馈复系数滤波正负序解耦网络、频率反馈及相位反馈，可在复杂电网情况下准确跟踪电 压基波正序分量相序，实现精确锁相；由于电流滤波正负序解耦网络中的基波角频率A是 电压锁相环提供的自适应频率，可消除电网电压频率变化所产生的测量误差；当系统仅要 求检测谐波电流时，可去掉旋转坐标C矩阵变换，直接将经解耦网络提取出的进行 Clarke反变换即可获得基波电流，将负载电流与基波电流相减可得谐波电流。从而使检测 网络结构大大简化，提高系统的响应速度。本发明可以在电网电压不平衡、含谐波、频率突 变等复杂情况下快速准确检测出负载电流信息。
【附图说明】
[0009] 图1为复杂电网下无功及谐波电流检测方法原理框图。
[0010] 图2为简化后的复杂电网下谐波电流检测方法原理框图。
[0011] 图3为基于复系数滤波器的自反馈正负序解耦网络。
[0012] 图4为三相电压不平衡且含谐波情况下检测出的基波电流波形。
[0013] 图5为三相电压不平衡且含谐波情况下检测出的基波电流频谱图。
[0014] 图6为三相电压频率突变且含谐波情况下检测出的基波波形。
[0015] 图7为三相电压频率突变且含谐波情况下检测出的基波频谱图。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步详细具体的说明。
[0017] 本发明的核心思想是：电压锁相环和电流滤波均采用了一种基于复系数正负序滤 波器的自反馈正负序解耦网络，以消除电网电压不平衡时产生的负序分量；电流滤波正负 序解耦网络中的基波角频率咚是电压锁相环提供的自适应频率，可消除电网电压频率变 化所产生的电流信号测量误差。
[0018] 图1为复杂电网下无功及谐波电流检测方法原理框图，其步骤如下： 步骤1:设三相负载电流检测电路检测得到的三相负载电流?aj可以表示为：
上述式中包含基波正序电流、基波负序电流、n次谐波正序电流、n次谐波负序电流。 式中_为基波电流角频率，;1? :1?和、表《分别为各次电流正序和负序有效值及初相 角。将三相负载电流经过Clarke变换得到a/?坐标系下的电流信号黑、_ ;
:1、||送入正负序解耦网络完全提取出正序分量
[0019] 步骤2 :设三相电网电压不平衡且含谐波输入信号_、:、_可以表示为：
其中，灣分别为正序电压幅值、频率和相位％、么分别为负序电压幅 值、频率和相位。E^s、1^、^%分别为谐波电压。将三相电压经过Clarke变换得到坐 标系下的电压信号;
将a#坐标系下的电压信号q、[、送入电压正负序解耦网络得到电压正