[发明专利]一种基于电压矢量空间变换的谐波和无功电流检测方法

权利要求书

1.一种基于空间电压矢量变换的谐波和无功电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在三相三线制系统中将三相负载电流i_la，i_lb，i_lc和三相电压u_sa，u_sb，u_sc按对称分量法分解

ila=2Σn=1∞[In+sin(nωt+θin+)+In-sin(nωt+θin-)]ilb=2Σn=1∞[In+sin(nωt+θin+-2π/3)+In-sin(nωt+θin-+2π/3)]ilc=2Σn=1∞[In+sin(nωt+θin++2π/3)+In-sin(nωt+θin--2π/3)],]]>

usa=2Σn=1∞[Un+sin(nωt+θun+)+Un0sin(nωt+θun0)+Un-sin(nωt+θun-)]usb=2Σn=1∞[Un+sin(nωt+θun+-2π/3)+Un0sin(nωt+θun0)+Un-sin(nωt+θun-+2π/3)]usc=2Σn=1∞[Un+sin(nωt+θun++2π/3)+Un0sin(nωt+θun0)+Un-sin(nωt+θun--2π/3)],]]>

其中，ω为电网基波角频率，I、U分别表示电流和电压的有效值；上标+、-、0分别表示正序、负序和零序分量；下标n表示谐波次数；θ_i、θ_u分别表示电流和电压初相角，l表示负载、s表示电源；

步骤2：引入p-q坐标系的定义：

构造正余弦矩阵为

C-=C=sin(ωt+γ)-cos(ωt+γ)-cos(ωt+γ)-sin(ωt+γ),]]>

并且C2/3=2/31-1/2-1/203/2-3/2,]]>C3/2=C2/3T;]]>

其中ωt+γ为通过锁相环PLL检测到的a相电网电压相位，初相角γ∈[0，2π]；

引入一个正交的p-q坐标系，在p-q坐标系下，电流矢量i在电压矢量u上的投影i_u为瞬时正序有功电流矢量，电流合成矢量i在电压合成矢量u法线方向上的投影为瞬时正序无功电流矢量，三相电流和三相电压变换到p-q坐标系的公式为：

ip(up)iq(uq)=CC2/3ia(ea)ib(eb)ic(ec);]]>

步骤3：计算基波正序有功电流及指令电流：

根据p-q坐标系的定义，将三相电流、电压分别变换到旋转坐标系中，得到p-q坐标系下正序电流的p、q坐标分量i_p、i_q以及正序电压的p、q坐标分量u_p、u_q如下：

ipiq=CC2/3ilailbilc=3Σn=1∞In+cos[(n-1)ωt+θin+-γ]-Σn=1∞In-cos[(n+1)ωt+θin-+γ]-Σn=1∞In+sin[(n-1)ωt+θin+-γ]-Σn=1∞In-sin[(n+1)ωt+θin-+γ];]]>

upuq=CC2/3ulaulbulc=3Σn=1∞Un+cos[(n-1)ωt+θun+-γ]-Σn=1∞Un-cos[(n+1)ωt+θun-+γ]-Σn=1∞Un+sin[(n-1)ωt+θun+-γ]-Σn=1∞Un-sin[(n+1)ωt+θun-+γ];]]>

将转换后的i_p、i_q和u_p、u_q进行低通滤波处理后可分别得到直流电流分量和直流电压分量如下：

ip‾iq‾=3I1+cos(θi1+-γ)-3I1+sin(θi1+-γ),]]>

u‾pu‾q=3U1+cos(θu1+-γ)-3U1+sin(θu1+-γ);]]>

由于和只包含基波正序因子，根据上文对正序有功和无功电流的定义，求出瞬时基波正序有功电流矢量i_u在p-q坐标系下的坐标i_p和i_q：

ip′iq′=3I1+cos(θu1+-θi1+)cos(θu1+-γ)-3I1+cos(θu1+-θi1+)sin(θu1+-γ),]]>

其中θu1+-γ=tan-1(-u‾q/u‾p);]]>

将i_p、i_q反变换，计算出三相电流的基波正序有功分量

iaf+ibf+icf+=C3/2C-1ip′iq′2I1+cos(θi1+-θu1+)sin(ωt+θu1+)2I1+cos(θi1+-θu1+)sin(ωt-2π/3+θu1+)2I1+cos(θi1+-θu1+)sin(ωt+2π/3+θu1+);]]>

需要补偿的谐波、基波负序、基波无功分量之和，即指令电流为：

ica*=ia-iaf+icb*=ib-ibf+icc*=ic-icf+,]]>

将矢量i向矢量u上法线方向上的投影，求得基波正序瞬时无功电流矢量在p-q坐标系下的坐标，然后进行反变换得到三相电流的基波正序无功分量：

iaf*+ibf*+icf*+=C3/2C-1ip*′iq*′2I1+sin(θi1+-θu1+)cos(ωt+θu1+)2I1+sin(θi1+-θu1+)cos(ωt-2π/3+θu1+)2I1+sin(θi1+-θu1+)cos(ωt+2π/3+θu1+).]]>