CN103149436A - 三相有源配电网的间谐波检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三相有源配电网的间谐波检测系统，包括三相电流测试模块，三相静止坐标到两相静止坐标变换模块，待测间谐波锁相环电路，两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块，低通滤波器，两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块，两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块。本发明对配电系统的间谐波电压、电流在线检测非常有效。本发明结构简单，概念清晰，是动、静态间谐波检测和间谐波消除的较为简便的系统。

Description

三相有源配电网的间谐波检测系统

技术领域

本发明涉及一种三相有源配电网测试检测技术，特别涉及一种配电系统的间谐波检测系统。

背景技术

目前，三相有源配电网也可称有源微电网，其中包含大量可反馈电能的变流器，这些设备除了产生大量的谐波电流以外，还有大量的间谐波电流，对电网形成较大的污染，不仅引起系统效率降低，还有可能引起电网电压波动和闪变。因此，对三相有源配电网进行动态间谐波补偿和消除非常重要，其中关键的技术是对系统的间谐波电流的在线检测。对于谐波电流的在线测试与消除已有成熟的技术。但是应用现有的谐波电流测试方法会泄露大量的间谐波成分，造成较大误差，降低效果。目前工程应用的间谐波电流的在线检测方法，计算过程繁琐复杂。

公开号为101493482的中国发明专利（申请号为200810068451.3），该发明只是一种“单相谐波电流检测方法”，不能测试三相配电网，不能测试间谐波；而本发明所对应的测试对象为“三相配电网”对应的是三相，两者所适用的对象截然不同；本发明所测试的是间谐波电压、电流，测试的是不同频率的电量。

以上专利方法仍旧没有能够解决目前工程应用的间谐波电流的在线检测方法计算过程繁琐复杂的问题。

发明内容

本发明是针对现在技术的不足，提出了一种较为简便的三相有源配电网的间谐波检测系统，该系统可以解决有源微电网中间谐波电流的在线检测的问题，可以用于动、静态间谐波测试和间谐波补偿。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三相有源配电网的间谐波检测系统，所述系统包括：

三相电流测试模块，该模块对待检测电流进行测试得到三相电流信号i_a、i_b、i_c或者电压信号，并将该测试结果传到三相静止坐标到两相静止坐标变换模块；

三相静止坐标到两相静止坐标变换模块，该模块接收三相电流测试模块的信号，并对所述三相电流信号i_a、i_b、i_c进行变换，即从三相静止坐标信号变换到两相静止坐标信号i_α、i_β，并将该变换得到的信号传到两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块；

两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块，该模块接收两相静止坐标信号i_α、i_β后，进一步对该信号进行变换，将其从两相静止坐标信号变换到两相同步待测间谐波频率旋转坐标信号i_d、i_q，并将变换得到的结果传到低通滤波器；

待测间谐波锁相环电路控制两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块、两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块在信号变换时的相位同步；

低通滤波器，分别对所述旋转坐标信号i_d、i_q进行滤除，得到直流分量信号

该直流分量信号

输出到两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块；

两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块，该模块将所述直流分量信号

从两相同步待测间谐波频率旋转坐标信号变换到两相静止坐标信号，并将结果输出到两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块；

两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块，该模块对两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块得到的两相静止坐标信号进行到三相静止坐标信号变换，得到三相电流中的待测间谐波电流i_af、i_bf、i_cf。

优选地，所述两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块，具体变换方法为：

优选地，所述两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块，将测试电流空间矢量在两相静止坐标αβ上的分量折算到同步待测间谐波频率旋转坐标dq上，同步待测间谐波频率旋转坐标系dq的转向与待测间谐波频率相序相同，同步转速为待测间谐波频率所对应的同步转速。

优选地，所述三相电流测试模块采用由电流传感器测出三相电流信号i_a、i_b、i_c。

本发明的有益效果在于：本发明是一种含源三相配电网中待测间谐波电流检测系统，对所测试的电流或电压进行同步待测间谐波频率旋转坐标变换。因此，本发明系统结构简单，运算量少，特别适用于含源三相配电网配电网的在线间谐波滤波技术。

附图说明

图1为本发明一实施例系统原理图；

图2为本发明一实施例工作步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的解释，但是以下的内容不用于限定本发明的保护范围。

如图1所示，为本发明一实施例的系统原理图，所述系统包括三相电流测试模块1，三相静止坐标到两相静止坐标变换模块2，待测间谐波锁相环电路3，两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块4，低通滤波器5和6，两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块7，两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块8。

如图2所示，为本实施例系统工作步骤流程图，具体为：

第一步：三相电流测试模块1从电网测到三相电流i_a、i_b、i_c，并将该结果输出到三相静止坐标到两相静止坐标变换模块2。

含源三相配电网三相电流通过简单的信号采集为：

式中，i_a、i_b、i_c为配电网的三相电流，n为任何大于零的非正整数；i_a、i_b、i_c可由电流传感器测出。

第二步：三相静止坐标到两相静止坐标变换模块2将三相电流测试模块1得到的三相电流i_a、i_b、i_c进行三相静止坐标到两相静止坐标变换即abc→αβ变换，得到两相静止坐标信号i_α、i_β。并将该结果输出到两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块4。

所述三相静止坐标到两相静止坐标变换模块2变换过程如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

$=\left[\begin{array}{c}\sqrt{3}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\left[I_n\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\ψ}}_n)\right]\\ \sqrt{3}\underset{n=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}[-I_n\cos (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\ψ\Ψ}}_n)]\end{array}\right]$

本模块中，同步待测间谐波频率旋转坐标变换是将测试电流空间矢量在两相静止αβ上的分量折算到同步待测间谐波频率旋转坐标dq上。其中且n＝f/50。同步待测间谐波频率旋转坐标系dq，其转向与待测间谐波频率相序相同，同步转速为待测间谐波频率所对应的同步转速。根据一般变换关系有：

dq→αβ变换方法为：

αβ→dq的变换方法为：

其αβ→dq的变换矩阵

为正变换矩阵，dq→αβ变换矩阵为逆变换矩阵。

第三步：两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块4将得到的两相静止坐标信号i_α、i_β进行同步待测间谐波频率旋转坐标αβ→dq变换，得到旋转坐标i_d、i_q，并将结果输出到低通滤波器5和6。

所述两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块4中，两相电流分量i_α、i_β变换为旋转坐标i_d、i_q，过程为：

式中，

n为任何大于零的非整数。

第四步：低通滤波器5和6将所述旋转坐标i_d、i_q分别滤除得到直流分量并将该直流分量

输出到两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块7。

第五步：两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块7将所述直流分量信号

从两相同步待测间谐波频率旋转坐标信号变换到两相静止坐标信号，并将结果输出到两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块8。两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块8对两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块7得到的两相静止坐标信号进行到三相静止坐标信号变换，得到三相电流中的待测间谐波电流i_af、i_bf、i_cf。

本实施例中，两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块7、两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块8，完成将

进行dq→αβ→abc坐标变换得到三相电流中的待测间谐波电流i_af、i_bf、i_cf。

本实施例中，待测间谐波锁相环电路3用于完成两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块4和两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块7工作时两个待测间谐波电信号相位同步的自动控制。

本实施例中，以上部件或模块均可以采用硬件实现，其中：三相电流测试模块1可以采用电流传感器，也可以采用现有的电流测试电路实现。各坐标变换模块可以采用实现上述对应功能的逻辑组合电路，也可以采用单片机，较优的，采用可编程逻辑电路芯片。

本实施例基于待测间谐波同步坐标旋转变换和低通滤波取样，再进行反变换，该系统对含源三相配电网的间谐波电压、电流在线检测非常有效，结构简单，是动、静态间谐波检测和间谐波消除的较为简便的系统。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种三相有源配电网的间谐波检测系统，其特征在于，所述系统包括：

三相电流测试模块（1），该模块对待检测电流进行测试，得到三相电流信号i_a、i_b、i_c，并将该测试结果传到三相静止坐标到两相静止坐标变换模块（2）；

三相静止坐标到两相静止坐标变换模块（2）接收三相电流测试模块（1）的信号，并对所述三相电流信号i_a、i_b、i_c进行变换，将三相静止坐标信号变换到两相静止坐标信号i_α、i_β，并将该变换得到的信号传到两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块（4）；

待测间谐波锁相环电路（3），控制两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块（4）、两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块（7）在信号变换时的相位同步。

两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块（4），该模块接收两相静止坐标信号i_α、i_β后，进一步对该信号进行变换，将其从两相静止坐标信号变换到两相同步待测间谐波频率旋转坐标信号i_d、i_q，并将变换得到的结果传到低通滤波器（5）和（6）；

低通滤波器（5）和（6），两个低通滤波器（5）和（6）分别对所述旋转坐标信号i_d、i_q进行滤除，得到直流分量信号

该直流分量信号

输出到两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块（7）；

两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块（7），该模块将所述直流分量信号

从两相同步待测间谐波频率旋转坐标信号变换到两相静止坐标信号，并将结果输出到两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块（8）；

两相静止坐标到三相静止坐标的变换模块（8），该模块对两相同步待测间谐波频率旋转坐标到两相静止坐标变换模块（7）得到的两相静止坐标信号进行到三相静止坐标信号变换，得到三相电流中的待测间谐波电流i_af、i_bf、i_cf。

2.根据权利要求1所述的三相有源配电网的间谐波检测系统，其特征在于，所述两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块（4），具体变换方法为：

n为间谐波次数，为大于零的非整数。

3.根据权利要求1或2所述的三相有源配电网的间谐波检测系统，其特征在于，所述两相静止坐标到两相同步待测间谐波频率旋转坐标变换模块（4），是将测试电流空间矢量在两相静止坐标αβ上的分量折算到同步待测间谐波频率旋转坐标dq上，同步待测间谐波频率旋转坐标系dq的转向与待测间谐波频率相序相同，同步转速为待测间谐波频率所对应的同步转速。

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