本發(fā)明屬于電力電子功率變換器調(diào)制及控制領(lǐng)域，涉及諧波電流檢測方法領(lǐng)域，特別涉及一種電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于二倍頻鎖相的諧波電流檢測法。

背景技術(shù)：

電力電子裝置和非線性負(fù)載的普遍使用，使諧波電流大量注入電網(wǎng)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，因此引入了有源電力濾波器(activepowerfilter，apf)進(jìn)行諧波抑制。其基本原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)中的諧波電流被濾除。所以，apf進(jìn)行諧波抑制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于諧波電流的檢測環(huán)節(jié)。

目前主要的諧波檢測法有：基于傅里葉變換的檢測方法、基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法、基于小波分析檢測方法和基于濾波器的檢測方法等，而使用比較廣泛的諧波電流檢測方法是建立在瞬時(shí)無功功率理論基礎(chǔ)上的ip-iq法，該方法在應(yīng)用鎖相環(huán)的基礎(chǔ)上經(jīng)過clarke變換然后提取負(fù)載電流的有功分量和無功分量，利用低通濾波器濾波后得到基波電流，從而提取諧波電流。本發(fā)明提供的電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于二倍頻鎖相的諧波電流檢測法，直接在clarke變換的基礎(chǔ)上使用二倍頻鎖相提取電網(wǎng)電壓的角頻率，用于正序基波電流的獲取，從而提取諧波電流。與傳統(tǒng)的ip-iq法相比，本發(fā)明方法可以用在電網(wǎng)電壓不平衡的情況下，不僅增加了諧波檢測的應(yīng)用范圍，更增加了諧波檢測的精確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于二倍頻鎖相的能應(yīng)用在電網(wǎng)電壓不平衡情況下的諧波電流檢測法。

為實(shí)現(xiàn)上述上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于二倍頻鎖相的諧波電流檢測法，該方法主要包括三相負(fù)載電流的提取、clarke變換、二倍頻鎖相、正序基波電流提取、clarke反變換及諧波電流提??；該方法具體內(nèi)容包括如下步驟：

步驟1提取負(fù)載側(cè)三相電流，經(jīng)過clarke變換運(yùn)算，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流；

步驟2運(yùn)用二倍頻鎖相方法，對不平衡的電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相跟蹤，把跟蹤所獲得的角頻率應(yīng)用到sai環(huán)節(jié)，使其成為sai環(huán)節(jié)的輸入角頻率，這樣就能夠使sai跟電網(wǎng)電壓同步；

步驟3在步驟1中得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電流，使其通過sai環(huán)節(jié)后，提取其正序基波電流；

步驟4對提取的正序基波電流進(jìn)行clarke反變換運(yùn)算，得到三相的正序基波電流；

步驟5在三相正序基波電流的基礎(chǔ)上提取諧波電流，用總的負(fù)載電流和在步驟4中得到的三相正序基波電流做差，經(jīng)過計(jì)算求得諧波電流。

在步驟2中，省去了負(fù)載電流的有功分量和無功分量計(jì)算環(huán)節(jié)，針對不平衡的電網(wǎng)電壓，使用二倍頻鎖相方法，把跟蹤電網(wǎng)電壓得到的角頻率用于sai環(huán)節(jié)提取正序基波電流，在此基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)進(jìn)行諧波電流的提取。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下有益效果：

1、本發(fā)明應(yīng)用二倍頻鎖相方法，能夠在電網(wǎng)電壓不平衡的條件下進(jìn)行諧波檢測，增加了諧波檢測對電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)性；

2、本發(fā)明用二倍頻鎖相方法跟蹤電網(wǎng)電壓，依此得到的角頻率用在sai的正序基波提取環(huán)節(jié)上，與傳統(tǒng)的ip-iq法相比，提高了系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)能力和諧波檢測的精確性。

3、本發(fā)明把sai的正序基波提取環(huán)節(jié)應(yīng)用到了不平衡電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波電流檢測中，大大拓寬了sai的應(yīng)用范圍，且在apf領(lǐng)域中產(chǎn)生了一種新的諧波檢測法。

本發(fā)明方法應(yīng)用在電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，使用二倍頻鎖相方法，把提取出的角頻率運(yùn)用到sai正序基波分量提取環(huán)節(jié)，從而大大拓寬了諧波檢測方法的使用范圍，對電網(wǎng)的適應(yīng)性變得更強(qiáng)。用sai的正序基波分量提取環(huán)節(jié)替代lpf，運(yùn)用二倍頻鎖相技術(shù)，在只提取基波正序分量的條件下，進(jìn)行全電流補(bǔ)償，提高了諧波電流補(bǔ)償?shù)木_度，這樣就形成了一種可以適用在電網(wǎng)電壓不平衡條件下的基于二倍頻鎖相的諧波電流檢測法。該方法在眾多諧波檢測法中有著優(yōu)良的性能，在有源濾波領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為傳統(tǒng)的ip-iq法結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為正序的sai原理圖；

圖4為正序基波的幅頻特性圖；

圖5為本發(fā)明的二倍頻鎖相的原理圖；

圖6為sai的正序基波提取結(jié)構(gòu)框圖；

圖7為諧波電流的獲取圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：本發(fā)明的一種電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于二倍頻鎖相的諧波電流檢測法，本發(fā)明方法在簡化ip-iq法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下，先提取負(fù)載側(cè)的三相電流，經(jīng)過clarke變換后，把二倍頻鎖相法跟蹤電網(wǎng)電壓得到的角頻率用在sai環(huán)節(jié)，提取正序基波電流，再經(jīng)過clarke反變換后得到三相正序基波電流，從而獲取所需的諧波電流。該方法內(nèi)容包括步驟如下：

步驟1提取負(fù)載側(cè)三相電流，經(jīng)過clarke變換運(yùn)算，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的電流；

步驟2運(yùn)用二倍頻鎖相方法，對不平衡的電網(wǎng)電壓進(jìn)行鎖相跟蹤，把跟蹤所獲得的角頻率應(yīng)用到sai環(huán)節(jié)，使其成為sai環(huán)節(jié)的輸入角頻率，這樣就能夠使sai跟電網(wǎng)電壓同步；

步驟3在步驟1中得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電流，使其通過sai環(huán)節(jié)后，提取其正序基波電流；

步驟4對提取的正序基波電流進(jìn)行clarke反變換運(yùn)算，得到三相的正序基波電流；

步驟5在三相正序基波電流的基礎(chǔ)上提取諧波電流，用總的負(fù)載電流和在步驟4中得到的三相正序基波電流做差，經(jīng)過計(jì)算求得諧波電流。

圖1所示為本發(fā)明的整體框圖，三相負(fù)載電流ia、ib、ic在clarke變換下，形成兩相靜止坐標(biāo)系下的電流iα、iβ，把用二倍頻鎖相得到的角頻率ω經(jīng)過sai環(huán)節(jié)提取出正序基波電流i⁺α1、i⁺β1，然后經(jīng)過clarke反變換得到三相正序基波電流i⁺α1、i⁺b1、i⁺c1，最后用負(fù)載電流ia、ib、ic和正序基波電流i⁺α1、i⁺b1、i⁺c1做差，經(jīng)過計(jì)算，得到諧波電流iaf、ibf、icf，從而經(jīng)過apf實(shí)現(xiàn)全電流補(bǔ)償。

圖2所示為傳統(tǒng)的ip-iq法的結(jié)構(gòu)框圖，三相負(fù)載電流ia、ib、ic在clarke變換下，形成兩相靜止坐標(biāo)系下的電流iα、iβ，經(jīng)由鎖相環(huán)輸出電壓的相位角用于負(fù)載電流的有功分量和無功分量的計(jì)算，由低通濾波器對有功電流ip、無功電流iq進(jìn)行濾波，得到在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電流的直流分量然后由反變換，形成三相的基波電流iaf、ibf、icf，最終得到諧波電流i^*ca、i^*cb、i^*cc。圖2與圖1相比，系統(tǒng)比較復(fù)雜，增加了負(fù)載電流的有功分量和無功分量計(jì)算環(huán)節(jié)，在一定程度上使得系統(tǒng)的準(zhǔn)確性降低，普通鎖相方法的使用，對電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力較弱，而低通濾波器的使用又對系統(tǒng)起到了延時(shí)作用。針對以上缺點(diǎn)本發(fā)明提出的一種電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于二倍頻鎖相的諧波電流檢測法，提高了的系統(tǒng)對電網(wǎng)電壓的適應(yīng)能力和諧波檢測的精確性。

圖3所示為正序的sai原理圖。利用正序的sai提取法，對正序基波分量進(jìn)行提取，可以得到能適用于電網(wǎng)電壓不平衡條件下的正序基波電流，為諧波電流提取奠定了基礎(chǔ)。圖4所示為正序基波的幅頻特性圖。由正序基波的幅頻特性圖可以看出在中心角頻率處具有諧振峰值，對于其它頻率的信號都具有衰減作用，對于50hz的正序分量具有極性選擇作用。

圖5所示為本發(fā)明方法中的二倍頻鎖相的原理圖。當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)，在正序旋轉(zhuǎn)dq+坐標(biāo)系下，電網(wǎng)電壓正序分量變成直流量，而負(fù)序分量變成二倍工頻的交流量，這樣就為二倍頻鎖相及電網(wǎng)電壓負(fù)序分量提取和相位檢測提供了條件；二倍頻鎖相方法是先提取dq+坐標(biāo)系下q軸的由負(fù)序分量變換成的二倍工頻交流量值vq+，利用二階廣義積分器的正交信號發(fā)生器(secondordergeneralizedintegrator-quadraturesignalgenerator，sogi-qsg)產(chǎn)生正交分量，得到正交信號v⁺sin(2ωt)(vq⁺)和v⁺cos(2ωt)(-qvq⁺)。把這兩個(gè)交流量進(jìn)行park變換，并利用單同步坐標(biāo)系軟件鎖相環(huán)(singlesynchronousreferenceframesoftwarephaselockedloop，ssrf-spll)對2ωt進(jìn)行鎖相，此時(shí)park變換的變換角為二倍頻鎖相環(huán)輸出角度2θ。二倍頻的鎖相方法可以對電網(wǎng)電壓的不平衡情況進(jìn)行鎖相跟蹤，這樣就能在多數(shù)電網(wǎng)電壓波動(dòng)情況下進(jìn)行跟蹤，跟蹤得到角頻率ω，用于sai的正序基波提取環(huán)節(jié)，這樣就能使sai的諧波檢測法可以適用在電網(wǎng)電壓不平衡的條件下。

圖6所示為sai的正序基波提取結(jié)構(gòu)框圖。用sai提取出的正序基波電流i⁺α1、i⁺β1被總電流iα、iβ做差后，再經(jīng)過sai基波提取環(huán)節(jié)，同時(shí)把提取出的正序基波電流i⁺α1、i⁺β1輸出。這樣，輸出的同時(shí)再次回到被總電流iα、iβ做差環(huán)節(jié)，如此循環(huán)，形成閉環(huán)反饋控制，提取更為準(zhǔn)確的正序基波電流i⁺α1、i⁺β1。

圖7所示為本發(fā)明的諧波電流獲取圖。通過對正序基波電流i⁺α1、i⁺β1的反復(fù)提取，進(jìn)行運(yùn)算，使三相負(fù)載電流iabc減去三相正序基波電流i⁺abc1獲取比較準(zhǔn)確的諧波電流i^*abc。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。