一种改进的ip-q谐波电流检测方法

一种改进的ip-q谐波电流检测方法

0基于基波功能理论的知识产权管理的谐波检测方法在现代社会，大量能源电子装置被广泛应用于工业、能源系统、交通、输电和家用电器，公共供电受到严重的声波污染。电力谐波已经成为影响电能质量的公害,威胁着电网和电气设备的安全运行与正常使用。研究电力系统的谐波问题已经变的非常重要,对谐波进行检测是研究谐波问题的一个重要组成部分,称为谐波治理的核心内容。在现今众多的谐波电流检测方法中,基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波检测方法是应用较多的一种。该方法具有诸多优点,比如检测电路简单、延时少、实时性好等。此方法能够检测出电流基波分量和电流总的谐波分量,对于检测出系统总的谐波分量具有较高的准确性。而在实际谐波电流的治理中,需要检测出具体的高次谐波电流分量。传统的ip-iq检测方法已经满足不了这种高次谐波电流的检测需求了。对此,本文在介绍传统的ip-iq电流谐波检测方法的基础上,对具体高次谐波电流的检测提出了一种改进的ip-iq谐波检测方法。1基于数字低通滤波器的谐波检测传统的ip-iq检测方法是在瞬时无功功率理论基础上推导出来的。瞬时无功功率理论是在1983年由日本学者赤木泰文先生提出的,主要是针对三相三线制电路谐波的实时检测。瞬时无功功率理论的基本思想是对输入信号进行变换把其中的基波分量转化为直流量,而其它的高频分量仍然为交流量,然后通过低通滤波器提取出包含基波分量的直流量,再进行反变换来得到基波分量。根据文献,有:u02=3U2/2,把式(3)和式(4)结合得:式中ipz、iqz是直流分量,对应于iA、iB、iC中的基波分量;ipj、iqj是交流分量,对应于iA、iB、iC的谐波分量。可以通过数字低通滤波器从ip、iq中分离出ipz、iqz,再由式(2)、(5)进行反变换可得ABC三相坐标下的基波电流分量,即:最后,三相电流瞬时值减去三相基波电流就得到三相瞬时谐波电流。图1所示为传统的ip-iq谐波检测方法的原理图。图1中,A相电压uA通过PLL和正、余弦函数发生器得到正、余弦信号,然后得到变换矩阵C1、C2,PLL为锁相环电路,LPF为数字低通滤波器。2高次谐波检测方法原理由前述ip-iq谐波检测方法可知,传统的ip-iq法只能检测出基波和总的谐波分量,但不能检测出具体的高次谐波分量。为了能够检测具体的高次谐波,需要对传统的ip-iq谐波检测法改进,首先把C1矩阵中的角频率ω变为kω,进行倍频旋转变换,然后加入谐波电流负序分量的检测环节,这样就弥补了图1检测方法遗漏谐波负序分量的缺点,提高了高次谐波检测的精度。对于高次谐波电流负序分量的检测环节,只需把式(1)中三相瞬时电压uA、uB、uC的相序改写为负序的形式,就可以检测出。具体负序分量检测方法为:根据式(2)、式(4)得:把式(2)代入式(9)中得:然后,经过LPF分离出直流分量直流分量再根据式(10)、式(2)进行反变换就可以得到ABC坐标下的谐波负序分量,即:按照改进检测方法的思路,具体的高次谐波检测过程为:第一步,三相电流iA、iB、iC分别通过正序变换矩阵C32C1+和负序变换矩阵C32C1-得到正序量ip+、iq+和负序量ip-、iq-;接着,正序量ip+、iq+和负序量ip-、iq-分别经过LPF滤波,得出各自相应的直流分量;第二步,直流分量再通过正序反变换C2+C23和负序反变换C2-C23就得出高次谐波电流的正序分量i+Ak、i+Bk、i+Ck和负序分量iAk、iBk、iCk;第三步,正序分量和负序分量二者相加就得出所要检测的高次谐波分量。图2所示为高次谐波检测方法的原理图。在图2中,C1+、C2+为正序的正余弦变换矩阵,C1-、C2-为负序的正余弦变换矩阵,有3检测方法仿真先使用Matlab软件对传统的ip-iq谐波检测方法进行仿真,用图1方法检测电流基波分量和电流总谐波分量;然后再用Matalab对改进的ip-iq谐波检测方法进行仿真,分别用图1方法和图2方法检测具体某高次谐波分量。假设待检测信号为:信号采样频率为每个工频周期内的采样128点,LPE采用三阶Elliptic低通滤波器。仿真结果如图3~图6所示。根据图4所示的仿真波形可以明显看出,图1检测方法能准确的检测出基波分量和总谐波分量。分别用图1和图2方法仿真检测某高次谐波分量时,以三次谐波为例。检测仿真图如图5和图6所示。由图5和图6的仿真结果对比可看出,图2方法可以检测出三次谐波中的正序分量、负序分量进而能检测出三次谐波,而图1方法只能检测出三次谐波中的正序分量。因此,用图2方法检测高次谐波比用图1方法检测更精确。4ip-方式谐波检测传统的ip-iq谐波检测方法在实际中的应用中,主要用于对电流基波分量和谐波分量的检测,具有很好的准确性和实时性等优点。但是,用它对具体高次谐波分量的检测时,就会存在误差比较大的缺点,对于这一点,本文在图1所示的传统谐波电流检测方法的基础上提出了一种更适合于高次谐波检测的改进ip-iq谐波检测方法。Matlab仿真结果表明:改进的ip-iq谐波检测方法在高次谐波检测方面比传统的ip-iq检测方法具有更好的可靠性,更加适合于对某高次谐波电流的实用检测,而图1所示的传统ip-iq谐波检测方法则比较适合于基波和总谐波的检测。假设电路为三相三线制,三相瞬时电压分别为uA、uB、uC,其幅值为U。三相瞬时电流分别为iA、iB、iC,通过ABC三相与α-β两相的坐标变换,电压、电流分别变换到两相正交的坐标系中,在两相坐标系中的瞬时电压,瞬时电流分别为uα、uβ,iα、iβ,变换矩阵如下:式(1)又可变为:式中ω为基波角频率。三相瞬时有功功率p为电压矢量u的模u0和三相瞬时有功电