一种电力系统高次谐波检测的方法

摘要

本发明公开了一种电力系统高次谐波检测的方法，该方法基于ip‑iq谐波检测法，利用自适应陷波器对同步坐标系锁相环进行改进，得到自适应陷波器锁相环ANF‑PLL，实现在电网电压不平衡且畸变时仍能准确的提取基波正序相位，并使用滑动均值滤波MAF代替低通滤波提高检测精度。该方法解决本发明了现有技术中存在的谐波检测法在系统电压不平衡且畸变时会出现检测误差的问题。本发明可用于三相三线制和三相四线制电力系统，具有结构简单、检测精度高、便于工程实现等优点。

说明书

技术领域

本发明属于电力工业技术领域，具体涉及一种电力系统高次谐波检测的方法。

背景技术

近年来，全球面临化石能源匮乏、环境污染日益严重等严峻形势，迫使人们对可再生能源进行开发和利用。将可再生能源转换为电能，必须利用大量的电力电子装置，而随着电力电子装置的广泛应用，导致大量的谐波注入电网。谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，对电力设备危害尤其严重，因此对电力系统谐波的研究显得尤为重要，而电力系统谐波的检测正是这些研究的首要任务。

目前，常用的谐波检测方法有：基于频域分析的离散傅里叶变换及小波变换；基于Fryze时域分析的有功电流检测法；基于瞬时无功功率的检测法等。离散傅里叶变换算法需要进行严格的同步采样，由于计算量过大导致运算时间长，在应用于高实时性的补偿系统时往往达不到预期的要求。小波变换算法依靠其时间局限性弥补了傅里叶变换中的缺点，但在进行基波选取时往往无法选取到最小基波导致检测效率降低。基于Fryze时域分析的有功电流检测法需要计算负载有功功率和电网电压的有效值，至少有一个周期的延迟，不适用于频繁变化的负载。基于瞬时无功功率理论的谐波检测法是目前应用最为广泛的方法，其优点是电路较简单，实时性好，可应用于单相和三相系统，但检测精度受其滤波器的影响。同时上述方法均在系统电压不平衡且畸变时会出现检测误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力系统高次谐波检测的方法，解决了现有技术中存在的谐波检测在系统电压不平衡且畸变时会出现检测误差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种电力系统高次谐波检测的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采样电网A相电压e

步骤2、两相静止坐标系下的α轴电压e

步骤3、将α轴电压e

步骤4、对α轴的基波正序电压

步骤5、采样电网A相负载电流i

步骤6、将得到的有功电流i

步骤7、将直流有功电流

本发明的特点还在于，

步骤1具体如下：

对电网A相电压e

步骤2中自适应陷波器ANF结构具体如下：

自适应陷波器ANF跟踪给定的周期信号，具体的动态微分方程描述为：

式中，u为周期性的输入信号，ω为其角频率，ζ为陷波参数，e为反馈误差，x为中间变量,

式中S

当ANF输入一个工频周期信号u，得到滤除了高频分量的原始信号u

把两相静止坐标系下的电压e

步骤3具体如下：

将alpha轴电压e

步骤4具体如下：

将两相静止坐标系下的基波正序电压

当频率稳定时，由于q轴电压

∫ω＝θ。

步骤5具体如下：

采样电网A相负载电流i

步骤6具体如下：

对滑动均值滤波MAF输入信号x(z)，采样个数为N，

对于电力系统中的谐波电流，偶次谐波电流为零，因而6n、6n+2、6n+4次谐波电流都为零；只剩下6n+1次正序和6n+5次负序谐波电流，需要滤除的负载电流中各奇次谐波，三相谐波电流经过静止坐标系到同步坐标系的变换后，正序谐波的次数将降低一次，而负序谐波的次数将升高一次，均变为偶次谐波，同时考虑对基波负序分量补偿，设置滑动均值滤波MAF系统的采样频率为10kHz，N为100，滑动均值滤波MAF滤除100Hz及其整数倍频的交流分量；

将有功电流i

步骤7具体如下：

将直流有功电流

将采样到的三相负载电流i

对于三相四线制系统，将A相负载电流i

本发明的有益效果是，一种电力系统高次谐波检测的方法，能够实现在电网电压不平衡且畸变时仍能准确的提取基波正序相位，并通过滑动均值滤波提高了检测精度，可用于三相三线制和三相四线制系统。本发明具有原理简单、响应迅速及检测精度高特点，特别适用于恶劣电网条件下谐波的实时在线检测。

附图说明

图1是本发明方法的总体原理图；

图2是自适应陷波器的结构图；

图3(a)是自适应陷波器输出u

图3(b)是自适应陷波器输出S

图4是自适应陷波器锁相环结构图；

图5(a)是系统三相电网电压的曲线图；

图5(b)是传统的锁相环与自适应陷波器锁相环的曲线对比图；

图6是滑动均值滤波的结构图；

图7是滑动均值滤波的伯德图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种电力系统高次谐波检测的方法，总体原理图如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采样电网A相电压e

步骤1具体如下：

对电网A相电压e

步骤2、两相静止坐标系下的α轴电压e

如图2所示，步骤2中自适应陷波器ANF结构具体如下：

自适应陷波器ANF跟踪给定的周期信号，具体的动态微分方程描述为：

式中，u为周期性的输入信号，ω为其角频率，ζ为陷波参数，e为反馈误差，x为中间变量,

式中S

当ANF输入一个工频周期信号u，得到滤除了高频分量的原始信号u

把两相静止坐标系下的电压e

步骤3、将α轴电压e

步骤3具体如下：

将alpha轴电压e

步骤4、对α轴的基波正序电压

步骤4具体如下：

将两相静止坐标系下的基波正序电压

当频率稳定时，由于q轴电压

∫ω＝θ。

步骤5、采样电网A相负载电流i

步骤5具体如下：

采样电网A相负载电流i

步骤6、将得到的有功电流i

步骤6具体如下：

对滑动均值滤波MAF输入信号x(z)，采样个数为N，

离散域下滑动均值滤波MAF的结构如图6所示。对于电力系统中的谐波电流，偶次谐波电流为零，因而6n、6n+2、6n+4次谐波电流都为零；只剩下6n+1次正序和6n+5次负序谐波电流，需要滤除的负载电流中各奇次谐波，三相谐波电流经过静止坐标系到同步坐标系的变换后，正序谐波的次数将降低一次，而负序谐波的次数将升高一次，均变为偶次谐波，同时考虑对基波负序分量补偿，设置滑动均值滤波MAF系统的采样频率为10kHz，采样数N取100，对应滑动均值滤波MAF的伯德图如图7所示，由图7可知，滑动均值滤波MAF滤除100Hz及其整数倍频的交流分量；

将有功电流i

步骤7、将直流有功电流

步骤7具体如下：

将直流有功电流

将采样到的三相负载电流i

对于三相四线制系统，将A相负载电流i

本发明中，当自适应陷波器ANF的陷波参数ζ分别取0.5，1.0和2.0，对应输出原始信号u

为了验证自适应陷波器锁相环ANF-PLL在恶劣电网电压环境下的锁相能力，通过可编程电压源来模拟三相电网电压随时间的变化，如图5(a)所示。电网电压的变化规律如下：0～0.08s时三相电压对称且无畸变，在0.08s时，加入0.2pu的基波负序分量和0.15pu的五次谐波分量。图5(b)为两种锁相环对比，上图为传统的PLL，下图为自适应陷波器锁相环ANF-PLL。可以看出，0.08s之前，两种锁相环都能准确跟踪电网相位；0.08s后，当电网电压出现不平衡和畸变，传统的PLL锁相出现偏差，且存在一定滞后，而自适应陷波器锁相环ANF-PLL仍能准确锁定电网相位。