[发明专利]一种单相谐波电流检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统，更具体地说，涉及电力系统中谐波电流的检测方法。

背景技术

随着现代工业技术的发展，电力系统中的各种电力电子开关装置越来越多。这些电力电子装置的开关动作向电网注入大量的谐波分量，导致交流电网中电压和电流波形严重畸变。电能质量的下降直接影响着供电、用电设备的安全运行。有源电力滤波器是抑制电网谐波的一种有效工具。

图1所示是有源电力滤波器的示意图。图中，i_load代表负载电流，i_a为电源电流，U_a为电源电压，i_sf为负载电流的基波分量，i_sh为负载电流的谐波分量。

当负载为非线性负载时，负载电流i_load中会含有大量的谐波，如果有源电力滤波器未开，则源电流等于负载电流，如图2所示。

当有源电力滤波器开启后，它往电网补偿与负载中的谐波电流大小相等，方向相同的谐波电流，从而使得源电流为正弦。如图3所示。

从上面的分析可以看出，如何获取负载中谐波电流的相位和幅值，即谐波提取算法，是有源电力滤波器的核心算法之一。通常，谐波电流的提取方法主要有基于FFT(快速傅立叶变换)的数字分析法和基于瞬时功率理论的各种谐波检测方法。

基于FFT的数字分析法的核心思想是如何从电流中提取基波分量和谐波分量。其原理是将一个周期的信号通过FFT分解，得到各次谐波的幅值和相位。这种方法的优点在于一次性得到各次谐波的幅值和相位，可以自由选择需要补偿的谐波次数和补偿比例。它的主要缺点是需要一个周期的采样数据，才能算出各次谐波的含量。而且需要对误差信号进行重构，运算复杂，延时较大。另一方面，这种谐波提取方法是建立在傅立叶分析基础上的，因此要求被补偿的波形是周期性变化的，否则会带来较大的误差，这也限制了它的使用范围。

基于瞬时功率理论的检测方法的核心思想就是利用系统中电压和电流的关系来提取电流中的谐波分量。这种谐波检测方法在只检测无功电流时，可以完全无延时。检测谐波电流时，因被检测谐波的构成和采用的滤波器不同，存在一定的延时，但是这个延时最多不会超过一个工频周期。

三相电路的瞬时无功理论也可以应用到检测单相电路谐波和无功电流。具体的实施方案是将单相电压和电流按相位互差120度，构造成一个三相系统(或者按相位互差90度，构成一个等效的两相系统)，再利用三相电路的瞬时无功理论，分解出无功和谐波。计算框图如图4所示。

由图4可知，这种单相电流谐波检测方案的核心在于如何利用单相电流构造出三相电流。现有技术中，构造三相电流的方法有3种：

令e_a＝u_s，将e_a延时120度得到e_b，延时240度，得到e_c。令i_a＝i_s，将i_a延时120度得到i_b，延时240度得到i_c。由此得到三相电压和电流，再利用三相瞬时无功理论计算出谐波和无功。

令i_α延时90度可得i_β。从而可以利用三相瞬时无功理论计算出谐波电流。

令i_a＝i_s，将i_a延时60度可得-i_c，则i_b＝-i_a-i_c。

图4所示的方案能够有效地检测出谐波电流。但是这种方案需要一个纯滞后环节来构造三相电流，很难用模拟电路实现。即使采用数字电路实现，构造三相电流电路本身就会造成至少120度的延时。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述三相电流构造造成延时的缺陷，提供一种不需任何延迟处理的单相谐波电流检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单相谐波电流检测方法，包括如下步骤：

a.采样被检测电流i_s，构造三相电流i_a、i_b、i_c；

b.将步骤a中所述三相电流转换至旋转坐标系下，得到三相电流i_a、i_b、i_c的d轴分量i_d和q轴分量i_q；