基于瞬時無功功率理論的電流高次諧波檢測方法

0基于ip-iii諧波檢測方法的電流諧波檢測隨著能源系統及其他行業的廣泛使用，能的得到了充分利用，但也會產生大量的干擾，嚴重影響了電網的安全運行和居民的正常能耗。電力噪音已成為能源系統的巨大公害，正在研究能源系統的波形。波形檢測是波形研究的重要組成部分，在波形治理中發揮著重要作用。目前,諸多的電流諧波檢測方法中,基于瞬時無功功率理論的ip-iq諧波檢測方法是應用比較廣的一種.此方法具有檢測電路簡單、延時少、實時性好等優點,它能夠檢測出電流基波分量和電流總的諧波分量,并對系統總的諧波分量的檢測具有較高的準確性.在很多實際諧波污染的治理中,需要檢測出具體的電流高次諧波分量,傳統的ip-iq檢測方法已經不能滿足這種電流高次諧波的檢測需求.有鑒于此,本文在介紹傳統的ip-iq電流諧波檢測方法的基礎上,對具體電流高次諧波的檢測提出了一種改進的ip-iq諧波檢測方法.1ip-iii算法介紹瞬時無功功率理論是由日本學者赤木泰文在1983年首先提出的,主要是針對3相3線制電路諧波的實時檢測.瞬時無功功率理論的基本思想是對輸入信號進行變換把其中的基頻分量轉化為直流量,而其它的高頻分量仍然為交流量,然后通過低通濾波器提取出包含基頻分量的直流量,再進行反變換來得到基頻分量.以該理論為基礎,可以得出諧波電流的實時檢測方法.ip-iq算法就是在此理論基礎上推導出來的.設3相電路為3相3線制,3相各電壓的瞬時值分別為ua、ub、uc;3相電流瞬時值分別為ia、ib、ic.通過3相與2相的坐標變換,分別變換到α-β2相正交的坐標系中,在2相坐標系中的瞬時電壓,瞬時電流分別為uα、uβ,iα、iβ,然后將它們在電流合成矢量i和電壓合成矢量u及其法線上投影,得到瞬時無功電流ip和瞬時無功電流iq.再經過低通濾波器(LPF)得濾波得出ip、iq的直流分量izpzp、izqzq,直流分量對應于ia、ib、ic中的基波分量,再進行反變換可得abc坐標下的基波電流分量.C32=√23[1-12-120√32-√32C32=23√[10?123√2?12?3√2,C23=CT32,(1)C1=C2[sinω0t-cosω0t-cosω0t-sinω0t〗.(2)然后,3相電流瞬時值減去3相基波電流就得到3相瞬時諧波電流.檢測基波和諧波電流的原理如圖1所示.在圖1中,PLL為鎖相環電路,LPF為數字低通濾波器.α相電壓ua通過PLL和正、余弦函數發生器得到正弦信號和余弦信號,從而得到變換矩陣C1、C2.2高次諧波分量的檢測方法根據前述檢測原理可知,它通過檢測出電流基波正序分量,然后與電流值相減得出電流諧波分量.雖然,根據式(2)把變換矩陣C1、C2中的角頻率ω0變為kω0也能進行高次諧波的檢測,但通過對式(2)的分析得知它檢測出的只是高次諧波中的正序分量,遺漏了高次諧波中的負序分量.這樣檢測出的諧波就不是實際存在的高次諧波分量.通過對式(2)的進一步分析得知,只要把3相瞬時電壓ua、ub、uc的相序改寫為負序的形式,就可以檢測出高次諧波的負序分量.具體檢測原理如下:uαuβ=C32[uaubuc=C32[Usinkω0tUsin(kω0t+23π)Usin(kω0t-23π),(3)式中U為3相電壓幅值.iαiβ=C32[iaibic〗(4)瞬時功率理論定義u=u0<?u,i=i0<?i,(5)ip=icos?,iq=isin?,?=?u-?i.(6)根據定義,3相瞬時有功功率P(瞬時無功功率Q)為電壓矢量的模u0和3相電路瞬時有功電流ip(3相瞬時無功電流iq)的乘積.即:ΡQ=u0ipu0iq=[uαuβuβ-uαiαiβ*〗.(7)根據式(3)和文獻中的u20=32U2,有uαuβ=√32U-sinkω0t-coskω0t=u0-sinkω0t-coskω0t,(8)結合式(7)與(8)有ipiq=1u0[uαuβuβ-uα=Aiαiβ,(9)其中A=[-sinkω0t-coskω0t-coskω0tsinkω0t〗.把式(4)代入式(9)的右邊,有ipiq=AC32[iaibic=C-1C32[iaibic〗.(10)接著,ip、iq經過低通濾波器(LPF)分離出直流分量izp、izq,直流分量再根據式(10)和(4)進行反變換就可以得到abc坐標下的諧波負序分量,即[i-aki-bki-ck=√23[10-12√32-12-√32Aizpizq=C23C-2izpizq*〗.(11)為彌補圖1檢測方法遺漏諧波負序分量的缺點,本文對其進行一些改進,同時加入了負序檢測環節,使其能夠同時檢測出高次諧波分量中的正、負序分量,然后檢測出的正、負序分量相加得出高次諧波分量.圖2為高次諧波分量檢測方法的改進原理.圖2中:C32、C23同上,為3相和2相間的變換矩陣;C+1、C+2為正序的正余弦變換矩陣;C-1、C-2為負序的正余弦變換矩陣.C+1=C+2=[sinkω0t-coskω0t-coskω0t-sinkω0t,(12)C-1=C-2=[-sinkω0t-coskω0t-coskω0tsinkω0t〗.(13)根據圖2所示的改進方法原理,其具體的高次諧波檢測過程為:首先,3相電流ia、ib、ic分別通過正序變換矩陣C32C+1和負序變換矩陣C32C-1得到正序量i+p、i+q和負序量i-p、i-q;接著,正序量i+p、i+q和負序量i-p、i-q分別經過LPF濾波,得出各自相應的直流分量;然后,直流分量再通過正序反變換C+2C23和負序反變換C-2C23就得出電流高次諧波的正序分量i+ak、i+bk、i+ck和負序分量i-ak、i-bk、i-ck;最后,正序分量i+ak、i+bk、i+ck和負序分量i-ak、i-bk、i-ck2者相加就得出所要檢測的高次諧波分量.3基波分量和總諧波量的檢測采用Matlab軟件對文中所述2種ip-iq諧波檢測方法進行仿真,先用圖1方法檢測電流基波分量和電流總諧波諧波分量,再分別用圖1和圖2方法檢測具體某高次諧波分量.設原始信號為i(t)=15cosωt+1.6cos3ωt+3.5cos5ωt,f=50HZ.信號采樣頻率設為6400HZ,在每個工頻周期內的采樣數據為128點,LPE采用3階Elliptic低通濾波器.仿真結果如圖3～圖6所示.根據圖4所示的仿真波形可以明顯看出,圖1檢測方法能準確的檢測出基波分量和總諧波分量.仿真檢測某高次諧波分量時,以3次諧波為例.分別用傳統方法和改進方法檢測電流3次諧波分量,檢測仿真如圖5所示.3次諧波的檢測,通過圖5和圖6的仿真結果得出;圖1方法只檢測出了3次諧波中的正序分量;圖2方法能夠檢測出3次諧波中的正序分量、負序分量進而檢測出3次諧波.4高次諧波檢測方法的改進基于瞬時無功功率理論的ip-iq諧波檢測方法對電流基波分量和諧波分量的檢測具有很好的準確性和實時性等