[发明专利]基于正交正弦波积分调制的有功电流提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统的动态无功补偿，具体说是一种有功电流提取方法。

背景技术

电力系统的无功和谐波补偿是一个长期以来电力系统关注的热门领域之一，随着现代电力电子技术的发展，出现了一类新型的动态无功补偿装置，这些装置有静止无功发生器、静止同步补偿器、有源电力滤波器等。这类动态无功补偿设备以电力电子元件为基础，以现代控制理论为核心，具有响应快，补偿特性好，可精确控制，输出可连续调节等优点。其相关的理论和技术已经引起各国电力工业界和学术界的广泛关注。畸变电流的实时检测是决定动态无功补偿装置补偿性能好坏的重要环节，这种检测一般不需分解出各次谐波分量，而只需检测出除基波有功电流或基波有功电流的正序分量之外的总的畸变电流。这类装置的出现，对无功和谐波的检测提出了更高的要求，其相关的理论和算法是这类装置得以实际应用的关键之一。

对于电力系统的动态无功补偿而言，其检测算法要满足如下几点要求：1)实时性，检测出来的补偿电流信号是所需补偿电流的瞬时值，可直接用于驱动动态补偿装置；2)检测结果不受电压谐波的影响，在电压含谐波，畸变较为严重时，仍能准确的检测出无功电流，且补偿后的有功电流的幅值最小；3)不受三相电压、电流不对称的影响，在实际电网中，三相电压的不对称和含有畸变是普遍现象，在三相电压不对称且含有畸变时算法应仍能准确的检测出补偿对象的无功电流、不对称分量及谐波电流；4)检测的补偿电流不含有功分量，现代电力电子装置如静止同步补偿器、有源电力滤波器的直流侧为电容器，在由有功功率注入或发出的情况下电容电压会发生波动，影响其补偿效果；5)算法尽可能简单，对于动态无功补偿而言，补偿电流的检测是实时的，过大的运算量将提高对硬件的要求，增加硬件设计和编程的复杂性，降低装置可靠性。因此一种流程简单、运算量小的检测算法是适合动态无功补偿需要的。

目前，补偿无功和谐波电流的检测算法主要有基于瞬时无功功率理论检测法，基于快速傅立叶变换(FFT)和离散傅立叶变换(DFT)检测法，基于自适应滤波检测法，以及目前研究较热的基于神经网络理论检测法和基于小波分析检测法等。

1.1基于傅立叶变换的算法

由谐波和无功的定义可知，要完整地描述、获得电力系统中的电压或电流的谐波需要一个工频周期的时间。因此如果严格按照谐波的定义检测谐波然后采用有源滤波装置进行补偿，所需的响应时间至少在一个周波以上。按照定义检测谐波的方法是最严格地获得认可的方法。频域算法方法主要是基于传统的Fourier(傅立叶变换)和FFT算法或改进的Fourier级数技术[1]，它具有同时适用单相和三相系统的优点。FFT和DFT检测法，由于需要一个周期的电流信号，故具有一定的延时，并且要得到畸变电流信号需两次变换，但算法复杂、计算量大，实时性较差，难以满足实时检测的实际要求。基于傅立叶级数级数的算法降低了运算量，但使用了电流信号的导数，在电流含谐波时会引起较大误差，且仅适用于检测电流的基波分量和谐波电流，无法直接检测有功电流和无功电流。

1.2基于瞬时无功理论的算法及其改进算法

瞬时无功理论[2]由日本学者赤木泰文提出的，其目的是为了解决其研制的并联型有源滤波器谐波与无功功率的快速检测，从而为有源滤波器提供参考的补偿电流。该方法对基于瞬时无功功率理论的谐波快速检测方法的核心思想是根据所定义的瞬时功率的波动部分为谐波电流和系统电压作用的结果这一特点来提取谐波分量。