基于d-q变换的谐波电流的检测方法及仿真研究.pdf

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基于d-q变换的谐波电流的检测方法及仿真研究

基于d-q 变换的谐波电流的检测方法及仿真研究 江渭涛,郑建勇,梅军 东南大学电气工程学院,南京(210096 ) 摘 要:电力有源滤波器是用于对三相电路的谐波进行动态补偿的装置,其中的谐波电流检 测电路是决定补偿性能好坏的重要一环。本文分析了d-q 谐波电流检测方法,运用该方法实 现了无功分量的分离,可以检测出了任意次谐波电流分量;基于 Matlab 软件建立了谐波检 测的仿真模型,并进行了计算机仿真实验。仿真结果表明,上述方法可以准确及时的检测出 三相四线制电路中的谐波电流。 关键词:有源滤波器;谐波电流检测;d-q 法;仿真 1.引言 [1] 目前电流检测方法有很多种,主要有瞬时无功功率检测方法和 d-q 坐标变换检测方法 。 本文给出了基于 d-q 坐标系下进行投影变换的方法,从矢量分析角度出发,根据三相电网电 压和电流综合信息,提取三相基波有功电流,从而求得谐波和无功电流。这种方法既避免了 通过电网功率提取谐波方法中的功率计算,同时又能利用电网电压相位信息,以获得基波有 功电流同步参考信号。 由于三相系统电流检测的另一个主要目的是故障诊断和保护,它需要检测出对应于故障 的特征次谐波电流[2],例如在电力系统继电保护中,对三相线路中性点接消弧线圈的短路故 障保护中五次谐波电流的检测。因此,根据需要,本章通过改进了的 d-q 变换检测方法,检 测出三相系统中的任意指定次谐波电流,对三相对称系统、不对称系统均适用。 2 .d-q 坐标变换检测法的检测原理及仿真 d-q 坐标变换检测法是在 d-q-0 坐标变换的理论基础上简化而来,Park 变换(也称 d-q-0 变换)的实质就是将静止的abc 坐标系变成按顺时针方向旋转的 d-q-0 坐标系,其旋转角速 度为abc 三相电流中的基波角频率。经 d-q-0 变换后,abc 坐标系下的三相对称正序基波电 流、电压分量转换为在 d-q-0 坐标系下的直流分量,而其余需要进行补偿的谐波在 d-q-0 坐 标系则呈现交流分量,就为谐波检测和补偿分量分离提供了方便。 在并联有源电力滤波器APF 中,我们希望只留下基波正序分量,而基波正序分量在 d-q-0 坐标系下对应的是直流分量。因此通过 Park 变换先将三相电流变换到 d-q-0 系下,然后滤除 其中的正弦分量,分离出相应的直流分量,再将该直流分量进行 Park 反变换就可以还原得 到三相基波的正序分量了。最后,将所得基频正序电流从检测到的总电流中减去,便得到了 需要补偿的包含谐波、基波负序在内的总的畸变电流,其检测回路算法框图如图 1。 图 1 d-q 变换谐波检测算法框图 - 1 - 为了验证dq 检测方法的有效性,建立了基于dq 法的谐波电流环节的仿真模型,其中电 源是畸变且不对称的;负载是含有谐波分量的三相不对称负载。 图2 谐波检测后基波电流波形图 图2 分别为谐波检测后基波电流的波形图和 a 相电流的频谱图,通过仿真分析可知,检 测后电流的 THD 值为 0.19% (原电流的THD 值为 14.51%)。可见,谐波和基波得到了很好 的分离。此时谐波中仍然含有基波分量,这是因为原电流为三相不对称电流,为使补偿后的 电流为三相对称电流,谐波中必须含有基波分量。 3 .无功分量的分离及仿真 上一节的算法并没有将无功分量分离出来,本节将提取三相基波有功电流,从而求得谐 波和无功电流[3] 。基波有功电流可通过图3 所示矢量关系求得。 图3 dq 坐标系下电压和电流矢量投影 u i u i u i

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