CN108226637A - 一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法 - Google Patents

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    • G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
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Abstract

本发明公开了一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，属于电能质量检测技术领域。该方法的核心是复数带通滤波器的设计和数字化执行过程，复数带通滤波器除了对频率具有选择性还对正、负序具有良好的选择性。本发明公开的检测方法可在静止坐标系下执行，不需要锁相环和同步旋转坐标变换，实现方法简单，实用性强，并且对电网频率具有良好的适应性。该方法可以精确地检测三相***电压和电流中基波和任意次谐波的正序或负序分量。

Description

一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法
技术领域
本发明涉及一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，可以在电网频率发生变化时检测出三相***中电压和电流中基波和任意次谐波的正、负序分量，属于电能质量检测技术领域。
背景技术
近年来，随着电弧炉、变频器、大容量整流设备等非线性负载的不断增加，配电网中的谐波问题越来越突出。非线性负载产生谐波电流，流入电网后导致电网电压发生畸变。在进行电能质量治理时，常需要检测电网电压或电流中的基波和各次谐波的正、负序分量。目前基于锁相环和同步旋转坐标变换技术的检测方法应用最为广泛。但该方法需要锁相环节和旋转坐标变换，结构复杂，并且检测精度受锁相环性能的影响。
发明内容
针对现有检测方法存在的问题，本发明提供了一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，该方法可以在电网频率波动时精准地检测出三相***中电压和电流的基波和任意次谐波的正、负序分量。为了能够区分正序和负序分量，本发明公开了一种复数带通滤波器。本发明提供的方法在静止坐标系下执行，无需锁相环和同步旋转坐标变换，实现方法简单，并且对电网频率具有良好的适应性。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：复数带通滤波器(complex bandpass filter，CBPF)的设计。
CBPF的表达式如式(1)所示：
式中，ωr为谐振角频率，单位rad/s；ωc为带宽,单位rad/s。
所述步骤(1)包括如下步骤：
步骤(1-1)：谐振角频率ωr的确定；ωr＝nω1，ω1为电网角频率，314rad/s；若需要检测的序分量为正序分量，n＞0；若需要检测的序分量为负序分量，n＜0；假设需要检测5次负序分量，则n＝-5；
步骤(1-2)：带宽ωc的确定；ωc越大对电网频率变化的适应性越好，响应速度越快，但选择性越差即稳态性能越差；电网频率变化一般在±1Hz以内，因此为了能够适应电网频率的变化，ωc最小值取2π；ωc可在区间[2π，40π]内根据对响应速度和稳态性能的要求确定一个合适的数值；
步骤(1-3)：采用双线性变换将CBPF离散化，得到CBPF的差分方程；
步骤(2)：采用电压传感器或电流传感器对三相电压或三相电流进行采样，三相采样值设为xa(k)、xb(k)和xc(k)；
步骤(3)：三相采样值xa(k)、xb(k)和xc(k)经过克拉克变换，得到xα(k)和xβ(k)；
步骤(4)：xα(k)和xβ(k)经过复数带通滤波器(CBPF)后，得到两个输出信号yα(k)和yβ(k)；
步骤(5)：CBPF的输出信号yα(k)和yβ(k)经过克拉克反变换，得到期望的目标电压或电流分量ya(k)、yb(k)和yc(k)。
与现有检测方法相比，本发明提供的检测方法具有如下优势：
1、不需要锁相环和同步旋转坐标变换，结构简单，易于执行；
2、能够检测三相***中电压和电流的任意次序分量；
3、检测的准确性不依赖锁相环的性能；
4、对电网频率变化具有良好的适应性。
附图说明
图1为三相***任意次序分量检测方法原理图；
图2为CBPF执行过程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，包括以下步骤：
步骤(1)：复数带通滤波器(complex bandpass filter，CBPF)的设计。
CBPF的表达式如式(1)所示：
式中，ωr为谐振角频率，单位rad/s；ωc为带宽,单位rad/s。
所述步骤(1)包括如下步骤：
步骤(1-1)：谐振角频率ωr的确定；ωr＝nω1，ω1为电网角频率，314rad/s；若需要检测的序分量为正序分量，n＞0；若需要检测的序分量为负序分量，n＜0；假设需要检测5次负序分量，则n＝-5；
步骤(1-2)：带宽ωc的确定；ωc越大对电网频率变化的适应性越好，响应速度越快，但选择性越差即稳态性能越差；电网频率变化一般在±1Hz以内，因此为了能够适应电网频率的变化，ωc最小值取2π；ωc可在区间[2π，40π]内根据对响应速度和稳态性能的要求确定一个合适的数值；
步骤(1-3)：采用双线性变换将CBPF离散化，得到CBPF的差分方程；双线性变换公式如公式(2)：
式中，Ts为采样周期。
将式(2)代入到式(1)，得到实现CBPF的差分方程如式(3)：
式中，xα和xβ为输入信号；yα和yβ为输出信号；k表示当前时刻kTs的值，k-1表示上一时刻(k-1)Ts的值。
根据CBPF的差分方程式(3)做出CBPF执行过程框图如图2所示。
步骤(2)：如图1，采用电压传感器或电流传感器对三相电压或三相电流进行采样，三相采样值设为xa(k)、xb(k)和xc(k)；
步骤(3)：如图1，三相采样值xa(k)、xb(k)和xc(k)经过变换矩阵为C32的克拉克变换，得到xα(k)和xβ(k)，克拉克变换如公式(5)：
其中，变换矩阵C32为
步骤(4)：如图1，xα(k)和xβ(k)经过复数带通滤波器(CBPF)后，得到两个输出信号yα(k)和yβ(k)；CBPF的具体执行过程参照图2；
步骤(5)：如图1，CBPF的输出信号yα(k)和yβ(k)经过变换矩阵为C23的克拉克反变换，得到期望的目标电压或电流分量ya(k)、yb(k)和yc(k)；克拉克反变换如公式(7)：
其中，变换矩阵C23为
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：复数带通滤波器(complex bandpass filter，CBPF)的设计。
CBPF的表达式如式(1)所示：
式中，ωr为谐振角频率，单位rad/s；ωc为带宽，单位rad/s。
步骤(2)：采用电压传感器或电流传感器对三相电压或三相电流进行采样，三相采样值设为xa(k)、xb(k)和xc(k)；
步骤(3)：三相采样值xa(k)、xb(k)和xc(k)经过克拉克变换，得到xα(k)和xβ(k)；
步骤(4)：xα(k)和xβ(k)经过复数带通滤波器(CBPF)后，得到两个输出信号yα(k)和yβ(k)；
步骤(5)：CBPF的输出信号yα(k)和yβ(k)经过克拉克反变换，得到期望的目标电压或电流分量ya(k)、yb(k)和yc(k)。
2.根据权利要求1所述的一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，其特征在于：所述步骤(1)包括如下步骤：
步骤(1-1)：谐振角频率ωr的确定；ωr＝nω1，ω1为电网角频率，314rad/s；若需要检测的序分量为正序分量，n＞0；若需要检测的序分量为负序分量，n＜0；假设需要检测5次负序分量，则n＝-5；
步骤(1-2)：带宽ωc的确定；ωc越大对电网频率变化的适应性越好，响应速度越快，但选择性越差即稳态性能越差；电网频率变化一般在±1Hz以内，因此为了能够适应电网频率的变化，ωc最小值取2π；ωc可在区间[2π，40π]内根据对响应速度和稳态性能的要求确定一个合适的数值；
步骤(1-3)：采用双线性变换将CBPF离散化，得到CBPF的差分方程。
3.根据权利要求2所述的一种具有频率变化适应性的任意次序分量检测方法，其特征在于：步骤(1-3)将CBPF离散化，得到相应的差分方程，采用差分方程的形式执行。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109633272A (zh) * 2019-01-22 2019-04-16 燕山大学 一种谐波检测***

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002202329A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力品質診断における高周波ノイズ除去方法
CN102221639A (zh) * 2011-04-06 2011-10-19 国电南瑞科技股份有限公司 正负序电流实时检测的方法
CN102305886A (zh) * 2011-05-31 2012-01-04 浙江大学 电网电压谐波畸变及不平衡时基波电压同步信号检测方法
CN102590646A (zh) * 2012-02-15 2012-07-18 上海大学 一种基于相序滤波器的正序、负序与谐波电流检测方法
CN103036462A (zh) * 2012-11-26 2013-04-10 天津大学 电网电压不平衡时电压源型整流器模型预测控制方法
CN104300541A (zh) * 2014-09-15 2015-01-21 泰州学院 一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法
CN104579322A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 基于双带通滤波器结构的2倍频锁相方法
CN104730339A (zh) * 2015-03-15 2015-06-24 华南理工大学 一种三相电压不对称情况下数字锁相方法
CN105137179A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 国网甘肃省电力公司 一种基于级联延迟信号消除法的指定次谐波检测方法
CN105403771A (zh) * 2015-09-15 2016-03-16 中国矿业大学 一种改进的自适应原理谐波检测方法
CN105911350A (zh) * 2016-04-05 2016-08-31 苏州大学 频率自适应递归svft谐波序分量实时检测方法及***

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002202329A (ja) * 2000-12-28 2002-07-19 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力品質診断における高周波ノイズ除去方法
CN102221639A (zh) * 2011-04-06 2011-10-19 国电南瑞科技股份有限公司 正负序电流实时检测的方法
CN102305886A (zh) * 2011-05-31 2012-01-04 浙江大学 电网电压谐波畸变及不平衡时基波电压同步信号检测方法
CN102590646A (zh) * 2012-02-15 2012-07-18 上海大学 一种基于相序滤波器的正序、负序与谐波电流检测方法
CN103036462A (zh) * 2012-11-26 2013-04-10 天津大学 电网电压不平衡时电压源型整流器模型预测控制方法
CN104300541A (zh) * 2014-09-15 2015-01-21 泰州学院 一种有源电力滤波器控制延时动态预测补偿方法
CN104579322A (zh) * 2015-01-30 2015-04-29 闫朝阳 基于双带通滤波器结构的2倍频锁相方法
CN104730339A (zh) * 2015-03-15 2015-06-24 华南理工大学 一种三相电压不对称情况下数字锁相方法
CN105137179A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 国网甘肃省电力公司 一种基于级联延迟信号消除法的指定次谐波检测方法
CN105403771A (zh) * 2015-09-15 2016-03-16 中国矿业大学 一种改进的自适应原理谐波检测方法
CN105911350A (zh) * 2016-04-05 2016-08-31 苏州大学 频率自适应递归svft谐波序分量实时检测方法及***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XIAOQIANG GUO等: "Multiple-Complex Coefficient-Filter-Based Phase-Locked Loop and Synchronization Technique for Three-Phase Grid-Interfaced Converters in Distributed Utility Networks", 《IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109633272A (zh) * 2019-01-22 2019-04-16 燕山大学 一种谐波检测***
CN109633272B (zh) * 2019-01-22 2020-04-07 燕山大学 一种谐波检测***

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