[发明专利]一种基于级联广义积分器的频率自适应谐波电流检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子控制技术领域，特别涉及一种基于级联广义积分器的频率自适应谐波电流检测方法。

背景技术

随着电力电子器件使用的越来越多，供电系统的谐波污染日趋严重，危害系统和各类电器的正常稳定运行。因此谐波治理得到越来越大的重视，对于谐波治理首先需要解决的是谐波的检测。

较常见的谐波检测算法主要包括傅里叶FFT分解的算法、基于瞬时无功理论的ip—iq算法、基于Park变换的d—q算法、基于自适应噪声相消原理的自适应谐波电流检测算法等。FFT算法具有较高的检测精度，能够准确获得各次谐波分量的信息，但是检测速度较慢，需要存储至少半个周期的数据量，且对电网基波频率的波动很敏感，因此不适合在有源滤波器等实时的补偿装置中使用。基于瞬时无功理论的ip—iq算法虽然能对谐波电流进行实时检测，但是仅适用于三相三线制系统，而且由于其中采用了低通滤波器，存在响应速度慢、相位偏移等缺点。基于Park变换的d—q算法需要经过多次空间变换、算法实现较复杂，因此使用的并不是很多。一些较新颖的谐波电流检测算法，如神经网络和遗传算法等，虽然某些特征较优越，但是设计和实现过程较复杂，所以也没有得到大范围的应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于级联广义积分器的频率自适应谐波电流检测方法，通过级联广义积分器(CGI)构造低通系统，不仅具有滤波、改善锁频的功能，而且该环节不引入低通滤波器，提高了检测的实时性。同时利用改进的FLL结构在线跟踪频率的变化，提高谐波检测的精度，有利于对电力系统中的谐波治理，提高电力系统的电能质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种基于级联广义积分器的频率自适应谐波电流检测方法，包括如下几个步骤：

步骤(1)、电流采样：通过传感器采样变换器输出的三相电流得到三相电流采样值i_a、i_b和i_c；

步骤(2)、坐标变换：将步骤(1)采样到的三相电流i_a、i_b和i_c通过Clack变换得到静止坐标系下的两相电流i_α和i_β；

步骤(3)、谐波解耦：采用谐波解耦网络模块HDN和估测的电网基波的角频率对步骤(2)得到的静止坐标系下的两相电流i_α和i_β分别进行解耦，获得对应的谐波电流；

步骤(4)、电网频率估测：根据基波级联广义积分器CGI-1输出的基波电流，通过改进的锁频环FLL，获得所估测的电网基波的角频率。

所述步骤(1)包括如下步骤：

步骤(1.1)：通过电流霍尔传感器将需要检测的电流量转换为电压量；

步骤(1.2)：通过信号调理电路将步骤(1.1)所得电压量调理成0-3V的电压信号；

步骤(1.3)：将步骤(1.2)所得的电压信号输入到DSP中的ADC转换单元；

步骤(1.4)：DSP中的ADC转换单元输出电流，对该电流进行采集。

所述步骤(2)的Clack变换为：

式(1)中，i_a、i_b和i_c分别为步骤(1)采样到的三相电流；i_α和i_β分别为Clack变换后所得的静止坐标系下的两相电流；其中C_3/2为变换矩阵。

所述步骤(3)包括如下步骤：

步骤(3.1)：所述谐波解耦网络模块HDN是协同工作的多个不同滤波频率的级联广义积分器CGI并联组成的网络，在谐波解耦网络模块HDN中，对于第x次谐波的级联广义积分器CGI-x，其频率输入量为xω'由步骤(4)所估测的电网基波的角频率ω'与谐波次数x相乘得到，其中增益k_x由基波增益k₁除于谐波次数x得到；

步骤(3.2)：将步骤(2)变换得到的两相电流i_α和i_β分别输入到其频率输入量为xω'的级联广义积分CGI-x支路中，则得到第x次谐波i_xα、i_xβ；其他次谐波电流的获取与第x次谐波电流的获取同理。

所述步骤(4)电网基波的角频率ω'的估测方式步骤如下：