CN103267895B - 一种电网电流的谐波电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电网电流的谐波电流检测方法，包括谐波电流检测部分、谐波电流分解部分、谐波电流比例因子计算部分、谐波含量计算部分，该方法基于瞬时无功理论并融合傅里叶变换，能快速准确的计算出各次谐波电流，根据计算出的各次谐波电流值，即可方便的补偿某次谐波电流，或者补偿某几次谐波电流，降低了本发明的实现的难度，并可快速检测出谐波电流，这样就有效的提高了有源电力滤波器治理设备的稳定性、可靠性，从而有效的降低了有源电力滤波器治理设备的成本，有利于提高使用该技术的有源电力滤波器治理设备市场竞争优势，有利于进一步清洁电网的电能质量。

Description

一种电网电流的谐波电流检测方法

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种谐波电流检测方法，特别涉及一种电网电流的谐波电流检测方法。

背景技术

随着变频技术的发展，电力电子设备广泛应用各个领域，给人们的生活带来了很大的方便，同时，却给电网带来了很大的污染，理想中的电网电压应该是一种单一固定频率的正弦波，根据相应的国家标准可以有误差很小的偏差，由变频设备所产生的高次谐波电流和谐波电压对电网电压造成很大影响，比较严重时危及使用设备的正常运行，甚至整个电网的稳定运行，为此，滤波设备应运而生。

无源滤波器和有源电力滤波器成为电网谐波治理的主要设备，早期无源滤波器结构简单、成本低、容量大等优点而被广泛应用，但是其滤波效果差，容易发生谐振，导致其逐渐被淘汰；随着电力电子技术的发展，主要应用于有源电力滤波器的IGBT成本降低，导致有源电力滤波器将被广泛应用，进而取代无源电力滤波器，有源电力滤波器具有可以补偿各次谐波、抑制闪变、自动跟踪、快速补偿等优点，已经得到人们的极大重视。

有源电力滤波器中的一项主要技术就是谐波电流检测，但是有源电力滤波器的谐波电流检测算法一般基于傅里叶变换，其变换复杂，快速跟踪效果差，根据《中华人民共和国机械行业标准JB/T11067-2011》中的技术要求，要求补偿设备响应时间小于等于40ms，有些行业甚至要求响应时间小于10ms，基于傅里叶变换的治理设备要做到这些要求，成本将增加很多，也有部分技术人员提出了基于瞬时无功理论的检测算法，但是大部分都是理论研究，实施起来也比较困难。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种电网电流的谐波电流检测方法，该方法基于瞬时无功理论并融合傅里叶变换，大大的降低了谐波电流检测的实现难度，快速检测出谐波电流，有效的提高了有源电力滤波器治理设备的稳定性、可靠性，从而降低了有源电力滤波器治理设备的成本，有利于提高使用该技术的有源电力滤波器治理设备市场竞争优势，有利于进一步清洁电网的电能质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电网电流的谐波电流检测方法，主要包括如下步骤：

步骤（1）：检测电网电流；

步骤（2）：从检测到的电网电流中分解出三相电流：利用瞬时无功理论的瞬时对称分量法将电网电流分解为A、B、C三相电流；

步骤（3）：根据离散傅里叶反变换计算谐波电流比例因子；

步骤（4）：通过计算得到谐波电流。

所述步骤（1）包含如下步骤：

步骤（1-1）：外置电流传感器将电网电流转换后送给采样电路；

步骤（1-2）：采样电路将电流传感器送过来的电流信号转换为电压信号，然后该信号送给A/D转换电路；

步骤（1-3）：A/D转换电路将采样电路送过来的电压信号进行转换，转换为数字信号；

步骤（1-4）：数据采集输出部分将数字信号输出，供后续的谐波电流分解使用。

所述步骤（2）包含如下步骤：

根据瞬时对称分量法，将电网电流分解为：

其中，下标0、1、2分别表示零序分量、正序分量、负序分量，n表示谐波次数，表示初相角，m等于0表示为A相电流，m等于1表示为B相电流，m等于2表示为C相电流；i(t)电网电流值，I_1n正序电流分量幅值，I_2n负序电流分量幅值，I_0n零序电流分量幅值，正序电流分量初相位角，负序电流分量初相位角，零序电流分量初相位角，ω电网电流角频率。

所述步骤（3）比例因子获取的具体步骤为：

A_n＝I_x*cosθ_n    (3)；

B_n＝I_x*sinθ_n    (4)；

计算A相电流的比例因子时，公式（3）和公式（4）的x取值为A；计算B相电流的比例因子时，公式（3）和公式（4）的x取值为B;计算C相电流的比例因子时，公式（3）和公式（4）的x取值为C；I_A、I_B、I_C分别为电网电流的A、B、C三相电流的幅值，每40μs读取一次电网电路值，每周期20ms读取500次，再根据离散傅里叶反变换即可得到比例因子；其中，A_n谐波电流的余弦部分，B_n谐波电流的正弦部分，θ_n输出的谐波电流相位角，I_A电网电流的A相电流幅值，根据公式（1）由离散傅里叶反变换，一个周期取500个点，即可得到I_A，n谐波电流次数。

所述步骤（4）的通过计算得到谐波电流的步骤为：

$i_n=A_n*\cos \left[n(\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{m\π}}{3})\right]+B_n\sin \left[n(\mathrm{\ωt}-\frac{2\mathrm{m\π}}{3})\right]---\left(2\right)$

其中，n为谐波次数，m等于0表示为A相电流，m等于1表示为B相电流，m等于2表示为C相电流，A_n、B_n为比例因子，根据公式（2）计算各次谐波电流，而后进行对应次谐波电流补偿，i_n为谐波电流。

本发明的有益效果：

1可快速检测出谐波电流，这样就有效的提高了有源电力滤波器治理设备的稳定性、可靠性，从而有效的降低了有源电力滤波器治理设备的成本，有利于提高使用该技术的有源电力滤波器治理设备市场竞争优势，有利于进一步清洁电网的电能质量；

2该方法基于瞬时无功理论并柔和傅里叶变换，能快速准确的计算出各次谐波电流，根据计算出的各次谐波电流值，即可方便的补偿某次谐波电流，或者补偿某几次谐波电流。

附图说明

图1为电网电流中的谐波电流检测方法的原理结构图；

图2为电网电流中的谐波电流检测方法的谐波电流检测原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明一种电网电流的谐波电流检测方法，包括谐波电流检测部分、谐波电流分解部分、谐波电流比例因子计算部分、谐波含量计算部分，仅以A相为例，A/B/C三相分析过程相同，包括以下步骤和内容：

谐波电流检测，如图2所示，首先，外置电流传感器将电网电流转换后送给采样电路，采样电路将电流传感器送过来的电流信号转换为电压信号，而后将该电压信号送给A/D转换电路，A/D转换电路将采样电路送过来的电压信号进行转换，转换为数字信号I_A，该数字信号I_A由数据采样输出部分进行输出，供后续的谐波电流分解使用。

谐波电流分解，根据谐波电流检测部分得到的谐波电流数据I_A，可根据公式（1）或（2）进行谐波电流分解，本实施方案根据公式（2）进行分解：

A_n＝I_A*cosθ_n    (3)；

B_n＝I_A*sinθ_n    (4)。

可计算出此次采集信号的谐波幅值。

谐波电流比例因子计算，根据公式（3）、（4）可计算各次谐波采样幅值，根据谐波电流的各次谐波采样幅值可计算公式(2)中的比例因子A_n、B_n,并根据公式（2）计算出相应的单次谐波电流值，也可根据公式（2）计算其中几次谐波电流和，而后进行单次补偿或综合补偿。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种电网电流的谐波电流检测方法，其特征是，主要包括如下步骤：

步骤(1)：检测电网电流；

步骤(2)：从检测到的电网电流中分解出三相电流：利用瞬时无功理论的瞬时对称分量法将电网电流分解为A、B、C三相电流；

步骤(3)：根据离散傅里叶反变换计算谐波电流的比例因子A_n和B_n；

所述步骤(3)比例因子获取的具体步骤为：

A_n＝I_x*cosθ_n  (3)；

B_n＝I_x*sinθ_n  (4)；

计算A相电流的比例因子时，公式(3)和公式(4)的x取值为A；

计算B相电流的比例因子时，公式(3)和公式(4)的x取值为B；

计算C相电流的比例因子时，公式(3)和公式(4)的x取值为C；

I_A、I_B、I_C分别为电网电流的A、B、C三相电流的幅值，每40μs读取一次电网电流值，每周期20ms读取500次，再根据离散傅里叶反变换即得到比例因子；

其中，A_n为谐波电流的余弦部分，B_n为谐波电流的正弦部分，θ_n为输出的谐波电流相位角，n为谐波电流次数；

步骤(4)：通过计算得到谐波电流：

其中，n为谐波次数，m等于0表示为A相电流，m等于1表示为B相电流，m等于2表示为C相电流，A_n、B_n为比例因子，根据公式(2)计算得到各次谐波电流，i_n为谐波电流，ω为电网电流角频率。

2. 如权利要求1所述的一种电网电流的谐波电流检测方法，其特征是，所述步骤(1)包含如下步骤：

步骤(1-1)：外置电流传感器将电网电流转换后送给采样电路；

步骤(1-2)：采样电路将电流传感器送过来的电流信号转换为电压信号，然后该信号送给A/D转换电路；

步骤(1-3)：A/D转换电路将采样电路送过来的电压信号进行转换，转换为数字信号；

步骤(1-4)：数据采集输出部分将数字信号输出，供后续的谐波电流分解使用。

3. 如权利要求1所述的一种电网电流的谐波电流检测方法，其特征是，所述步骤(2)包含如下步骤：

根据瞬时对称分量法，将电网电流分解为：

其中，下标0、1、2分别表示零序分量、正序分量、负序分量，n表示谐波次数，表示初相角，m等于0表示为A相电流，m等于1表示为B相电流，m等于2表示为C相电流；i(t)为电网电流值，I_1n为正序电流分量幅值，I_2n为负序电流分量幅值，I_0n为零序电流分量幅值， 为正序电流分量初相位角，为负序电流分量初相位角，为零序电流分量初相位角。