[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

摘要

本发明针对ip-iq算法不能在非理想电网电压条件下准确获取基波正序有功电流的问题，提出一种基于空间电压矢量变换的谐波和无功电流检测方法，该方法将电流和电压均在ip-iq算法通道上进行坐标变换，获取三相基波正序电压的相位信息。定义一个p-q坐标系，在该坐标系下利用电流矢量在电压矢量及其法线上的投影来定义正确的正序有功分量和正序无功分量，然后，以此为参考量利用改进的ip-iq算法准确的求出了负载电流中的基波正序有功、基波正序无功分量、基波负序有功分量和基波负序无功分量，并把以上四种基波电流量的检测推广到任意次谐波电流量的检测，形成非理想电压下的电流检测体系，进而为各种不同的补偿需求提供合理的参考指令电流。

主权项

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+).]]>