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一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法

阅读:514发布:2023-09-19

专利汇可以提供一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于改进型瞬时对称分量法的DSTATCOM 电流 检测方法,一,首先确定对称分量法及相量时域中瞬时值的表示方法,二,确定瞬时值,三,改进瞬时对称分量法的实现;四,采用MATLAB仿真工具建立模型对上述结论进行仿真分析,五,数据的滤波、转换和处理;六,负载电流减去所得三相基波正序有功电流iafp+、ibfp+、icfp+即可获得所需包含谐波、负序及无功的综合补偿指令电流iac、ibc、icc。本发明避免了复杂的移相 电路 、 锁 相环电路、正余弦函数表的地址发生器以及查表过程,消除了由此带来的误差和故障。,下面是一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法专利的具体信息内容。

1.一种基于改进型瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法,它包括以下步骤:
步骤一,首先确定对称分量法及相量时域中瞬时值的表示方法:
首先将电压相量采用对称分量法分解为三组对称的相量,即正序、负序和零序分量如+ + + - - -
式(1)-式(3),式中的Ua、Ub、Uc为三相电压相量,Ua、Ub、Uc,Ua、Ub、Uc,U0,分别为正序、j2π/3
负序及零序分量,α=e ,
U0=(Ua+Ub+Uc)/3 (3)
将三相电压的正序相量以实部虚部的形式表示,如式(4),
当相量以某一频率ω在二维正交坐标系αβ中旋转时,该相量任意时刻在其中任一坐标轴上的投影位该相量的瞬时值,这里选取β轴,则式(4)中的电压相量的虚部代表各相量的瞬时值;
将式(4)代入式(1)中并将其以实部和虚部的形式展开
由以上两式可知,只要实时检测出三相电压相量的实部和虚部分量的瞬时值,即可得到正序电压相量的实部和虚部的瞬时值,同时也可得到正序电压相量时域中的瞬时值,如式(6)所示,同理可得负序及零序分量的时域中的瞬时值;
步骤二,确定瞬时值:
采用基波正弦量的特性以两点采样法确定上述各瞬时分量;
设采样周期为Ts,t1为上一采样时刻,t2为当前采样时刻,则t2-t2=Ts,
对应的电压u瞬时值表示如下:
u1=Umsin(α-ωTs) (7)
u2=Umsinα (8)
式中:Um为电压峰值,α为当前电压相位,ω为角速度
将式(7)展开:
u1=Umsin(α-ωTs)
=UmsinαcosωTs-UmcosαsinωTs (9)
=u2cosωTs-UmcosαsinωTs
由式(9)可得,
Umcosα=(u2cosωTs-u1)/sinωTs (10)
根据前述相量与其瞬时值的关系定义,可知式(10)、式(8)的值等于电压相量的实部和虚部的倍,即:
由式(11)(12)可知,当采样周期Ts确定以后,由于ωTs为定值,由于Ts很小,当电网基波的频率ω在某一微小范围内波动,ωTs可忽略不计,需要连续两个采样点即可确定电压相量U;
将三相电压相量分别按式(11)(12)以实部、虚部的形式表示并整理得;
式中ua1、ua2、ub1、ub2、uc1、uc2分别为三相电压两个连续的采样点;
步骤三,改进瞬时对称分量法的实现;
将式(13)分别代入式(5)(6)并整理得到:
根据式(14)(15),利用两点采样法连续两次采集六个数据即可得到当前的电压相量,将式(15)中电压相量的虚部乘以 即为电 正序分量的瞬时值,根据式(14)(15)即可方便的求取电压正序分量的幅值、相角及其正余弦函数,以α相为例:
同理,可以得到电压负序量以及零序分量实部和虚部的瞬时表达式;
步骤四,采用MATLAB仿真工具建立模型对上述结论进行仿真分析,初始状态设定三相电压对称,基波频率f0=50HZ,采样频率为Fs=12.8HZ,仿真时间设定为0.1s,在t=
0.05s时,断开c相电压,模拟电压三相不对称暂态故障,在一个采样周期的过渡过程中,序电压产生突变,当电压产生突变时,式(11)中u2的突变导致分子差值的增大,该大数据相对与分母小数据sin(ωTs)引起的ReU的急剧增大,最终造成电压各序分量的突变,在数据处理时对数据进行限幅处理即可消除突变;
步骤五,数据的滤波、转换和处理:三相不平衡畸变电压ua、ub、uc经过窄带模拟滤波器滤除谐波成份,输出工频基波分量uaf、ubf、ucf经过AD采样转换后,按照式(14)、(15)经过经过简单的变换运算获得A相电压基波正序分量的实部和虚部,最后根据式(16)、(18)、(19)即可实时获得与三相系统电压基波正序分量同步的正余弦信号,此种正余弦发生电路一方面避免复杂不稳定相环电路,其正余弦信号直接计算获得,另一方面,采用DSP处理器进行数据处理;
+
步骤六,当ωt与电压基波正序电压Uaf 同步时,则负载电流ia、ib、ic中与三相电压基波正序分量同频率的电流分量经过同步坐标变换后转变为dq0坐标系中的直流分量而谐波分量以及负序分量转变为二次及以上交流分量,通过LPF低通滤波后,将旋+ + +
转的直流分量变换到三相静止的坐标系中即可获得三相基波正序电流iaf、ibf、icf,如需检测无功电流,则在同步坐标逆变时置零iq即可,最后用负载电流减去所得三相基波正序+ + +
有功电流iafp、ibfp、icfp 即可获得所需包含谐波、负序及无功的综合补偿指令电流iac、ibc、icc。

说明书全文

一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法。

背景技术

[0002] 目前的对称分量法是基于稳态条件下的三相不对称系统的分析方法,它以复数或微分的形式表示三相不对称变量的各序分量(正序、负序和零序),变换过程中需要90°的移相才能获得各序分量的瞬时值,但此时的瞬时值由于包含了90°的相移,已经不能代表瞬时值,因此不能满足一些三相不对称系统中对各序分量检测的实时性和准确性要求较高的应用场合。对于配电网同步补偿装置(Distrbution STATCOM,DSTATCOM)来说,快速准确检测出符合电流中的谐波、无功和不对称分量,是装置实现有效补偿的先决条件。

发明内容

[0003] 本发明提供了一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法,它避免了复杂的移相电路相环电路、正余弦函数表的地址发生器以及查表过程,消除了由此带来的误差和故障。
[0004] 本发明采用了以下技术方案:一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法,它包括以下步骤:
[0005] 步骤一,首先确定对称分量法及相量时域中瞬时值的表示方法:首先将电压相量采用对称分量法分解为三组对称的相量,即正序、负序和零序分量如式(1)-式(3),式中的+ + + - - -Ua、Ub、Uc为三相电压相量,Ua、Ub、Uc,Ua、Ub、Uc,U0,分别为正序、负序及零序分量,α=j2π/3
e ,
[0006]
[0007]
[0008] U0=(Ua+Ub+Uc)/3 (3)
[0009] 将三相电压的正序相量以实部虚部的形式表示,如式(4),
[0010]
[0011] 当相量以某一频率ω在二维正交坐标系αβ中旋转时,该相量任意时刻在其中任一坐标轴上的投影位该相量的瞬时值,这里选取β轴,则式(4)中的电压相量的虚部代表各相量的瞬时值;
[0012] 将式(4)代入式(1)中并将其以实部和虚部的形式展开
[0013]
[0014]
[0015] 由以上两式可知,只要实时检测出三相电压相量的实部和虚部分量的瞬时值,即可得到正序电压相量的实部和虚部的瞬时值,同时也可得到正序电压相量时域中的瞬时值,如式(6)所示,同理可得负序及零序分量的时域中的瞬时值;
[0016] 步骤二,确定瞬时值:
[0017] 采用基波正弦量的特性以两点采样法确定上述各瞬时分量;
[0018] 设采样周期为Ts,t1为上一采样时刻,t2为当前采样时刻,则t2-t2=Ts,[0019] 对应的电压u瞬时值表示如下:
[0020] u1=Umsin(α-ωTs) (7)
[0021] u2=Umsinα (8)
[0022] 式中:Um为电压峰值,α为当前电压相位,ω为角速度
[0023] 将式(7)展开:
[0024] u1=Umsin(α-ωTs)
[0025] =UmsinαcosωTs-UmcosαsinωTs (9)
[0026] =u2cosωTs-UmcosαsinωTs
[0027] 由式(9)可得,
[0028] Umcosα=(u2cosωTs-u1)/sinωTs (10)
[0029] 根据前述相量与其瞬时值的关系定义,可知式(10)、式(8)的值等于电压相量的实部和虚部的倍,即:
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 由式(11)(12)可知,当采样周期Ts确定以后,由于ωTs为定值,由于Ts很小,当电网基波的频率ω在某一微小范围内波动,ωTs可忽略不计,需要连续两个采样点即可确定电压相量U;
[0034] 将三相电压相量分别按式(11)(12)以实部、虚部的形式表示并整理得;
[0035]
[0036] 式中ua1、ua2、ub1、ub2、uc1、uc2分别为三相电压两个连续的采样点;
[0037] 步骤三,改进瞬时对称分量法的实现;
[0038] 将式(13)分别代入式(5)(6)并整理得到:
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 根据式(14)(15),利用两点采样法连续两次采集六个数据即可得到当前的电压相量,将式(15)中电压相量的虚部乘以 即为电 正序分量的瞬时值,根据式(14)(15)即可方便的求取电压正序分量的幅值、相角及其正余弦函数,以α相为例:
[0044]
[0045]
[0046]
[0047]
[0048] 同理,可以得到电压负序量以及零序分量实部和虚部的瞬时表达式;
[0049]
[0050]
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 步骤四,采用MATLAB仿真工具建立模型对上述结论进行仿真分析,初始状态设定三相电压对称,基波频率f0=50HZ,采样频率为Fs=12.8HZ,仿真时间设定为0.1s,在t=0.05s时,断开c相电压,模拟电压三相不对称暂态故障,在一个采样周期的过渡过程中,序电压产生突变,当电压产生突变时,式(11)中u2的突变导致分子差值的增大,该大数据相对与分母小数据sin(ωTs)引起的ReU的急剧增大,最终造成电压各序分量的突变,在数据处理时对数据进行限幅处理即可消除突变;
[0057] 步骤五,数据的滤波、转换和处理:三相不平衡畸变电压ua、ub、uc经过窄带模拟滤波器滤除谐波成份,输出工频基波分量uaf、ubf、ucf经过AD采样转换后,按照式(14)、(15)经过经过简单的变换运算获得A相电压基波正序分量的实部和虚部,最后根据式(16)、(18)、(19)即可实时获得与三相系统电压基波正序分量同步的正余弦信号,此种正余弦发生电路一方面避免复杂不稳定锁相环电路,其正余弦信号直接计算获得,另一方面,采用DSP处理器进行数据处理;
[0058] 步骤六,当ωt与电压基波正序电压Uaf+同步时,则负载电流ia、ib、ic中与三相电压基波正序分量同频率的电流分量经过同步坐标变换后转变为dq0坐标系中的直流分量而谐波分量以及负序分量转变为二次及以上交流分量,通过LPF低通滤波后,将旋+ + +转的直流分量变换到三相静止的坐标系中即可获得三相基波正序电流iaf、ibf、icf,如需检测无功电流,则在同步坐标逆变时置零iq即可,最后用负载电流减去所得三相基波正序+ + +
有功电流iafp、ibfp、icfp 即可获得所需包含谐波、负序及无功的综合补偿指令电流iac、ibc、icc。
[0059] 本发明具有以下有益效果:本发明能够避免90°的移相电路、PPL锁相环电路以及正余弦函数的查表过程,消除由此带来的误差与故障,能够快速、准确的检测出与系统电压基波正序分量同相位的基波有功电流分量,从而检测出DSTATCOM装置补偿所需包含的谐波、负序以及无功分量的指令电流。附图说明
[0060] 图1为本发明的DSTATCOM补偿电流检测原理框图
[0061] 图2为本发明三系统电压的波形
[0062] 图3为本发明三相正序电压波形图
[0063] 图4为本发明三相负序电压波形图
[0064] 图5为本发明零序电压波形图
[0065] 图6为本发明B相正序电压暂态过程

具体实施方式

[0066] 本发明公开了一种基于瞬时对称分量法的DSTATCOM电流检测方法,它包括以下步骤:
[0067] 步骤一,首先确定对称分量法及相量时域中瞬时值的表示方法:
[0068] 首先将电压相量采用对称分量法分解为三组对称的相量,即正序、负序和零序分+ + + - - -量如式(1)-式(3),式中的Ua、Ub、Uc为三相电压相量,Ua、Ub、Uc,Ua、Ub、Uc,U0,分别为正j2π/3
序、负序及零序分量,α=e ,
[0069]
[0070]
[0071] U0=(Ua+Ub+Uc)/3 (3)
[0072] 将三相电压的正序相量以实部和虚部的形式表示,如式(4),
[0073]
[0074] 当相量以某一频率ω在二维正交坐标系αβ中旋转时,该相量任意时刻在其中任一坐标轴上的投影位该相量的瞬时值,这里选取β轴,则式(4)中的电压相量的虚部代表各相量的瞬时值;
[0075] 将式(4)代入式(1)中并将其以实部和虚部的形式展开
[0076]
[0077]
[0078] 由以上两式可知,只要实时检测出三相电压相量的实部和虚部分量的瞬时值,即可得到正序电压相量的实部和虚部的瞬时值,同时也可得到正序电压相量时域中的瞬时值,如式(6)所示,同理可得负序及零序分量的时域中的瞬时值;
[0079] 步骤二,确定瞬时值:
[0080] 采用基波正弦量的特性以两点采样法确定上述各瞬时分量;
[0081] 设采样周期为Ts,t1为上一采样时刻,t2为当前采样时刻,则t2-t2=Ts,[0082] 对应的电压u瞬时值表示如下:
[0083] u1=Umsin(α-ωTs) (7)
[0084] u2=Umsinα (8)
[0085] 式中:Um为电压峰值,α为当前电压相位角,ω为角速度;
[0086] 将式(7)展开:
[0087] u1=Umsin(α-ωTs)
[0088] =UmsinαcosωTs-UmcosαsinωTs
[0089] (9)
[0090] =u2cosωTs-UmcosαsinωTs
[0091] 由式(9)可得,
[0092] Umcosα=(u2cosωTs-u1)/sinωTs (10)
[0093] 根据前述相量与其瞬时值的关系定义,可知式(10)、式(8)的值等于电压相[0094] 量的实部和虚部的倍,即:
[0095]
[0096]
[0097]
[0098] 由式(11)(12)可知,当采样周期Ts确定以后,由于ωTs为定值,由于Ts很小,当电网基波的频率ω在某一微小范围内波动,ωTs可忽略不计,需要连续两个采样点即可确定电压相量U;
[0099] 将三相电压相量分别按式(11)(12)以实部、虚部的形式表示并整理得;
[0100]
[0101] 式中ua1、ua2、ub1、ub2、uc1、uc2分别为三相电压两个连续的采样点;
[0102] 步骤三,改进瞬时对称分量法的实现;
[0103] 将式(13)分别代入式(5)(6)并整理得到:
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 根据式(14)(15),利用两点采样法连续两次采集六个数据即可得到当前的电压相量,将式(15)中电压相量的虚部乘以 即为电 正序分量的瞬时值,根据式(14)(15)即可方便的求取电压正序分量的幅值、相角及其正余弦函数,以α相为例:
[0109]
[0110]
[0111]
[0112]
[0113] 同理,可以得到电压负序风量以及零序分量实部和虚部的瞬时表达式;
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[0118]
[0119]
[0120]
[0121] 步骤四,采用MATLAB仿真工具建立模型对上述结论进行仿真分析,初始状态设定三相电压对称,基波频率f0=50HZ,采样频率为Fs=12.8HZ,仿真时间设定为0.1s,在t=0.05s时,断开c相电压,模拟电压三相不对称暂态故障,在图2中,t<0.05s期间,三相电压波形对称,此时的uc=0,由于采用两点采样法,只需要一个采样周期的暂态过渡时间,电压各序分量即可达到稳定状态,在图3中三相电压正序分量波形与三相电压波形完全一致,而三相负序电压和零序电压为零,在图4和图5中,在t=0.05s时刻,突然断开C相电压,在图3、图4、图5中,稳定状态下,电压负序分量和零序分量由于三相不平衡而不为-60,这里的过滤时间为t=1/Ts=78.125e s,过滤过程放大如图6,在一个采样周期的过渡过程中,序电压产生突变,当电压产生突变时,式(11)中u2的突变导致分子差值的增大,该大数据相对与分母小数据sin(ωTs)引起的ReU的急剧增大,最终造成电压各序分量的突变,在数据处理时对数据进行限幅处理即可消除突变;
[0122] 步骤五,在图1中,数据的滤波、转换和处理:三相不平衡畸变电压ua、ub、uc经过窄带模拟滤波器滤除谐波成份,输出工频基波分量uaf、ubf、ucf经过AD采样转换后,按照式(14)、(15)经过经过简单的变换运算获得A相电压基波正序分量的实部和虚部,最后根据式(16)、(18)、(19)即可实时获得与三相系统电压基波正序分量同步的正余弦信号,此种正余弦发生电路一方面避免复杂不稳定锁相环电路,其正余弦信号直接计算获得,另一方面,采用DSP处理器进行数据处理;
[0123] 步骤六,当ωt与电压基波正序电压Uaf+同步时,则负载电流ia、ib、ic中与三相电压基波正序分量同频率的电流分量经过同步坐标变换后转变为dq0坐标系中的直流分量而谐波分量以及负序分量转变为二次及以上交流分量,通过LPF低通滤波后,将旋+ + +转的直流分量变换到三相静止的坐标系中即可获得三相基波正序电流iaf、ibf、icf,如需检测无功电流,则在同步坐标逆变时置零iq即可,最后用负载电流减去所得三相基波正序+ + +
有功电流iafp、ibfp、icfp 即可获得所需包含谐波、负序及无功的综合补偿指令电流iac、ibc、icc。
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