基于標(biāo)準(zhǔn)正弦波的ip-q諧波電流檢測(cè)方法

基于標(biāo)準(zhǔn)正弦波的ip-q諧波電流檢測(cè)方法

0非諧波電流的檢測(cè)隨著能源電子的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)的供電質(zhì)量受到污染，電壓和電流的變形變化，導(dǎo)致大量的波形。波形電流檢測(cè)是電網(wǎng)波形抑制的主要技術(shù)。評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性決定了抑制的效果?，F(xiàn)有的波形電流檢測(cè)方法包括高速傅里葉變換（fft）、離散傅里葉變換（dt）、基于短時(shí)功率理論的p-q法和ip-iq法。通過(guò)p-q和dt方法，將非正規(guī)電流分解為基波電流和波形電流的和，并根據(jù)三角形變換法將基波電流進(jìn)一步分解為功能電阻和功能電阻。計(jì)算過(guò)程既復(fù)雜又復(fù)雜，誤差和延遲的記錄。對(duì)于p-q檢驗(yàn)方法，三相電壓不對(duì)稱(chēng)，并且含波形，并且p和q的直流分量中也含有相同頻率和相序的波形相作用產(chǎn)生的組件。因此，傳統(tǒng)的p-q法無(wú)法檢測(cè)到所有有害的電流。在傳統(tǒng)的ip-q檢測(cè)方法中，需要使用復(fù)雜的鎖相環(huán)（pll），以將a相電壓作為同步信號(hào)，并且a相電壓會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致檢測(cè)到的波形。如果電壓頻率發(fā)生變化，半頻率和總?cè)藬?shù)之間的噪聲方程將產(chǎn)生上述問(wèn)題。1基于標(biāo)準(zhǔn)正矩陣波的ip-iq檢測(cè)方法的基本原則1.1正序分量和逆序分量的式三相電路中,三相電流一般可表示為???iaibic???=Σn=1∞????????i1ai1bi1c???+???i2ai2bi2c???+???i0i0i0????????,(1)[iaibic]=Σn=1∞{[i1ai1bi1c]+[i2ai2bi2c]+[i0i0i0]},(1)式中:,分別為正序分量和逆序分量;為零序分量.根據(jù)赤木泰文首先提出的瞬時(shí)功率理論,可將三相瞬時(shí)電流ia,ib,ic通過(guò)Clarke坐標(biāo)變換變換到兩相坐標(biāo)系上,得到iα和iβ為[iαiβ]=C32???iaibic???,(2)[iαiβ]=C32[iaibic],(2)式中:選取,得到瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq為[ipiq]=C[iαiβ]=[iˉpiˉq]+[i?pi?q].(3)[ipiq]=C[iαiβ]=[iˉpiˉq]+[i?pi?q].(3)直流分量iˉpiˉp和iˉqiˉq再通過(guò)Clarke反變換,得對(duì)應(yīng)的三相電網(wǎng)基波正序分量為????iafibficf????=C23C?1[iˉpiˉq]?(4)[iafibficf]=C23C-1[iˉpiˉq]?(4)式中:C23=CT3232Τ.將三相基波正序分量從三相瞬時(shí)電流iα,ib,ic中去除,即可得到諧波電流.2.2基于標(biāo)準(zhǔn)正弦波來(lái)諧波電流的檢測(cè)算法ip-iq諧波檢測(cè)法思想較成熟,頻現(xiàn)于諸多文獻(xiàn)中.筆者認(rèn)為,核心內(nèi)容是C矩陣的構(gòu)造,但多數(shù)文獻(xiàn)并未提及.根據(jù)瞬時(shí)功率理論,選取與電源電壓同頻率同相位的單位電壓矢量,待處理電流矢量i在單位電壓相量上及其法線上的投影為瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq.因此,筆者認(rèn)為,電壓矢量及C矩陣的構(gòu)造為重點(diǎn)內(nèi)容,思路如下.假定A相電源電壓的角頻率和初相位分別為ω和θ,則與之同頻率同相位的單位電壓矢量為uu=[sin(ωt+θ)?cos(ωt+θ)].uu=[sin(ωt+θ)-cos(ωt+θ)].與其垂直法線的單位矢量為un=[cos(ωt+θ)?sin(ωt+θ)].un=[cos(ωt+θ)-sin(ωt+θ)].兩者構(gòu)成了C矩陣,筆者稱(chēng)其為單位C矩陣,即C=[sin(ωt+θ)cos(ωt+θ)?cos(ωt+θ)sin(ωt+θ)].(5)C=[sin(ωt+θ)-cos(ωt+θ)cos(ωt+θ)sin(ωt+θ)].(5)利用上述單位C矩陣推導(dǎo)結(jié)果,此處僅列出iˉpiˉp和iˉqiˉq和三相電網(wǎng)基波正序分量,即[iˉpiˉq]=[3√I11cos(φ11?θ)3√I11sin(φ11?θ)]?(6)????iafibficf????=???2√I11sin(ωt+φ11)2√I11sin(ωt+φ11?2π/3)2√I11sin(ωt+φ11+2π/3)????(7)[iˉpiˉq]=[3Ι11cos(φ11-θ)3Ι11sin(φ11-θ)]?(6)[iafibficf]=[2Ι11sin(ωt+φ11)2Ι11sin(ωt+φ11-2π/3)2Ι11sin(ωt+φ11+2π/3)]?(7)式(7)為基波正序電流,頻率相位也完全一致.單位C矩陣的2個(gè)參數(shù)ω和θ,尤其是ω的準(zhǔn)確與否關(guān)乎到方法的檢測(cè)精度.ip-iq法是在默認(rèn)與待處理電流ω完全相同的理想情況下推導(dǎo)的,瞬時(shí)有功功率的直流分量iˉpiˉp也為兩者ω抵消后得到的.因此,設(shè)想提取基波正序分量的頻率和初相位,加入穩(wěn)頻環(huán)節(jié)保證頻率穩(wěn)定,以此穩(wěn)定的頻率和初相位為參數(shù)來(lái)生成正弦電壓矢量(本文成為標(biāo)準(zhǔn)正弦波),代替了傳統(tǒng)意義上直接采用A相電壓作為同步信號(hào).根據(jù)以上分析,基于標(biāo)準(zhǔn)正弦波來(lái)諧波電流檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)的原理如圖1所示.頻率f和初相位θ為基波正序電壓分量的2個(gè)參數(shù),其提取方法見(jiàn)圖2.將圖2參數(shù)輸入函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)正弦波,經(jīng)過(guò)移相得到標(biāo)準(zhǔn)余弦波,再進(jìn)行矩陣變換構(gòu)造單位C矩陣.LPF為低通濾波器,其作用為提取瞬時(shí)有功電流ip的直流分量.2計(jì)數(shù)法初測(cè)頻率fp如圖2,A相電壓首先經(jīng)低通濾波,其截至頻率fc的設(shè)置要根據(jù)基波初測(cè)頻率(假定為fp)確定,滿足fc≤(10～20)fp.采用計(jì)數(shù)法得初測(cè)頻率fp,并測(cè)得初始電壓,由反三角函數(shù)計(jì)算初相位θ.如圖2所示,在得到f前,有一個(gè)穩(wěn)頻環(huán)節(jié),其基本原理為若電源頻率fr為已知,則將計(jì)數(shù)法初測(cè)頻率fp與之比較,滿足|fp?fr|≤δ,(8)|fp-fr|≤δ,(8)則f=fr,否則f=fˉpf=fˉp,式中:δ為頻率偏差,根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取±1;fˉpfˉp為初測(cè)頻率的平均值.3仿真結(jié)果分析根據(jù)以上算法思想,采用Simulink建立諧波檢測(cè)模型.為了驗(yàn)證本方法的適用性,分別選取整流電路諧波源和交流電弧爐諧波源進(jìn)行諧波電流檢測(cè),對(duì)于每種諧波源分別用基于PLL的ip-iq諧波電流檢測(cè)法和基于標(biāo)準(zhǔn)正弦波的ip-iq諧波電流檢測(cè)法進(jìn)行仿真,提取基波分量和諧波分量波形,并對(duì)波形進(jìn)行FFT分析.為了更加透徹地比較優(yōu)缺點(diǎn),將仿真結(jié)果列于表1,可以看出:(1)無(wú)論是整流電路還是電弧爐,本方法和基于PLL的方法相比,基波更加光滑對(duì)稱(chēng),諧波畸變率(THD)更低,只有0.02%和0.34%.(2)對(duì)于整流電路而言,本方法基本實(shí)現(xiàn)了基波和諧波的完全分離,基波中僅含0.02%的諧波,而諧波中基波的最值僅為0.002783A.基波檢測(cè)準(zhǔn)確度決定了諧波檢測(cè)的準(zhǔn)確率,基波和諧波檢測(cè)精度明顯優(yōu)于PLL的方法.(3)對(duì)于電弧爐諧波源,本方法基波提取較好,但諧波THD改善不明顯,分別為44.35%和41.59%.究其原因,是因?yàn)殡娀t中電流較大,諧波中基波的最值仍為57.95A,只要諧波和基波分離不徹底,諧波中略微含有基波,均會(huì)出現(xiàn)諧波的THD較小.(4)由圖3(b)的整流電路諧波頻譜和圖5(b)的電弧爐電路基波頻譜可以看出,頻率成分非常純凈,均為基波頻率的整數(shù)倍;圖4(b)的整流電路諧波頻譜和圖6(b)的電弧爐電路基波頻譜,則含有較多的間諧波成分,究其原因可能是基波頻率的變動(dòng)導(dǎo)致.4基于重要基波和諧波的pll-ip-icp-pll-民網(wǎng)中心濾波的方法本文提出在ip-iq