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        基于瞬時無功功率理論的指定次諧波電流檢測研究

        2023-07-13 10:36:10董鴻楓楊宗長
        電子制作 2023年11期
        關(guān)鍵詞:檢測

        董鴻楓,楊宗長

        (湖南科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院,湖南湘潭,411100)

        0 引言

        隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,大量的非線性元器件投入到電力系統(tǒng)中,造成了嚴(yán)重的諧波污染,導(dǎo)致電力系統(tǒng)產(chǎn)生故障[1~3]。造成電力系統(tǒng)故障的原因,往往是某一個特定次數(shù)的諧波電流,為達(dá)到解決電力系統(tǒng)故障的目的,則要尋找指定次諧波電流檢測的方法。

        目前用于諧波檢測上的算法大部分都只能檢測出總的諧波含量,而對于指定次諧波電流的檢測大多為傳統(tǒng)方法上的改進(jìn)[4]。以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)提出的一系列算法應(yīng)用比較廣泛。其中傳統(tǒng)ip-iq算法能很好的檢測諧波電流,但無法檢測指定次諧波電流。本文在傳統(tǒng)的ip-iq算法基礎(chǔ)上引入了一種改進(jìn)的ip-iq電流平均值算法。以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ),在三相三線制系統(tǒng)中,該算法通過對傳統(tǒng)的ip-iq算法中的變換矩陣做適當(dāng)?shù)男薷?,從而可求出指定次諧波電流的正序,負(fù)序分量,將正序,負(fù)序分量相加即可得到指定次諧波電流[4-7]。在傳統(tǒng)的ip-iq算法中濾波器并不能完全的濾除交流分量,導(dǎo)致所得到的指定次諧波電流不準(zhǔn)確[8-9]。在改進(jìn)的ip-iq電流平均值算法中使用電流平均值模塊替代濾波器模塊進(jìn)行濾波,就可以完全濾除交流分量,且電流平均值模塊是基于電流平均值理論所搭建,具有不受外界條件影響,其穩(wěn)定性好的特點[10-11]。

        1 傳統(tǒng)的ip-iq 算法

        傳統(tǒng)的ip-iq算法原理圖如圖1 所示,變換矩陣如式(1)和式(2)所示。

        圖1 傳統(tǒng)的ip-iq 算法原理圖

        令變換矩陣:

        反變換矩陣:

        三相瞬時電流ia、ib、ic為待檢測電流。該電流經(jīng)過一個變換矩陣C1和兩個濾波器濾波以及一個反變換矩陣C2即可得到三相基波電流iaf、ibf、icf,總電流減去基波電流即可得到總諧波電流[12-13]。由此可以看出該算法只能檢測出三相總諧波電流iah、ibh、ich。

        2 改 進(jìn) 的ip-iq 電 流 平均值算法

        改進(jìn)的ip-iq電流平均值算法原理圖如圖2 所示,電流平均值模塊算法原理圖如圖3所示。變換矩陣和反變換矩陣如式(3)和式(4)所示。

        圖2 改進(jìn)的ip-iq 電流平均值算法原理圖

        圖3 電流平均值模塊算法原理圖

        3 改進(jìn)的ip-iq 電流平均值算法在三相三線制中的應(yīng)用

        3.1 正序分量的檢測

        在三相三線制系統(tǒng)中當(dāng)電壓對稱時,加在其非線性負(fù)載兩端,則對應(yīng)的三相電流會產(chǎn)生畸變。故首先用對稱分量法將三相電流iaf、ibf、icf分解為正序分量組和負(fù)序分量組[14-16]。其表達(dá)式如式(5):

        式(5)中下標(biāo)1 代表正序,2 代表負(fù)序,n代表諧波的次數(shù)。具體計算k次諧波電流的計算過程如下。

        式(10)中tω前的系數(shù)為n±k,即其諧波電流的次數(shù)是沒有規(guī)律可言的,故選取一個周期T作為積分周期便可完整的濾除各次交流分量。此時所剩余的量即為直流分量。

        由于積分周期的選取應(yīng)同時考慮n=k與n≠k兩種情況。當(dāng)選取和T的最小公倍數(shù)T時,能濾除其指定次諧波有功電流和無功電流中的交流分量,所求得的直流分量如式(11):

        ■3.2 負(fù)序分量的檢測

        由于相序相反并不影響tω前面的系數(shù)變化,故電流平均值模塊進(jìn)行濾波時選取的積分周期依舊是T。將所求得的指定次諧波電流正序分量和負(fù)序分量相加即可得到要求的指定次諧波電流。三相三線制中求指定次諧波電流算法原理圖如圖4 所示。

        圖4 檢測三相三線制中指定次諧波電流算法原理框圖

        4 仿真與實驗結(jié)果

        使用Matlab 中的Simulink 功能對算法進(jìn)行建模仿真,其仿真模型如圖5 所示。

        圖5 指定次諧波電流檢測仿真模型

        使用不同頻率和輻值的正弦信號組成諧波源,因為其選取三相電壓對稱,故可設(shè)定a 相電壓為220V 頻率為50Hz,假設(shè)基波的正序,負(fù)序輻值分別為80A、40A,頻率為50Hz,5 次諧波的正序、負(fù)序輻值分別為15A、10A。所組成的待檢測電網(wǎng)三相畸變電流如圖6 所示。

        圖6 待檢測電網(wǎng)三相畸變電流

        以檢測五次諧波電流為例,用改進(jìn)的ip-iq電流平均值法進(jìn)行濾波其選擇的濾波周期為一個基波周期即0.02s,故其仿真從0.02s 開始。圖7,圖8 分別為三相5 次諧波電流正序,負(fù)序分量,圖9 為檢測到的5 次諧波正序電流源與原5 次諧波正序電流源對比。圖7 中三相5次諧波電流的正序分量輻值為15A,圖8 中的負(fù)序分量輻值為10A,和設(shè)定的5 次諧波的正序、負(fù)序輻值相同。圖9 中檢測出來的五次諧波電流所得圖像和原5 次諧波電流源圖像一致。由此可得,改進(jìn)的ip-iq電流平均值法能夠很好的檢測出指定次諧波電流,且準(zhǔn)確率很高。

        圖7 檢測到的三相5 次諧波電流正序分量

        圖8 檢測到的三相5 次諧波電流的負(fù)序分量

        圖9 檢測到的5 次諧波電流與原5 次諧波電流對比

        5 結(jié)束語

        改進(jìn)的ip-iq電流平均值算法能夠檢測出三相三線制系統(tǒng)下的指定次諧波電流,打破了傳統(tǒng)ip-iq算法只能檢測出三相三線制系統(tǒng)下的總諧波電流的局限性。其中將電流平均值理論應(yīng)用在濾波上,能夠很好的濾除指定次諧波電流有功分量和無功分量里的交流分量,從而保證所檢測到的指定次諧波電流精確無誤差。結(jié)合仿真實驗說明該算法原理簡單,易于實現(xiàn)。

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