一種基于級聯(lián)延遲信號消除法的指定次諧波檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)、微電網指定次諧波補償領域，尤其涉及一種基于級聯(lián)延遲 信號消除法的指定次諧波檢測方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)中不平衡、非線性設備和負載的比例逐漸增大，系統(tǒng)電能質量問題 日益凸顯，尤其是諧波問題。為了有效地實現(xiàn)諧波治理，相繼出現(xiàn)了一些諧波補償方法和設 備，例如有源電力濾波器、統(tǒng)一電能質量調節(jié)器、具有調節(jié)電能質量能力的多功能逆變器及 其控制策略等。
[0003] 而相對較為成熟的基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法，其優(yōu)點在于可消除電 壓畸變和不對稱電壓的影響，但是這種諧波檢測方法只能將電壓、或者電流信號中的基波 信號分離出來，與原始電流信號、電壓信號相減得到諧波電流或者電壓信號，從而實現(xiàn)諧波 的全補償。但是，諧波的全補償策略會造成過多的能量用于諧波補償，從而降低了能源利用 率。因此，選擇指定次諧波補償策略更為經濟。
[0004] 徐榕等人在題為基于單相級聯(lián)延遲信號消除法的三相基波正序有功電流檢測方 法（電網技術，2014, 08:2231-2236)的文章中提出了一種新型的三相基波正序有功電流的 提取方法，該方法無需鎖相環(huán)和低通濾波器，進一步提高了有功電流提取的實時性，且不需 要過多的坐標變換和數(shù)據(jù)存儲。但是，采用該方法單純地進行基波正序有功電流的提取，并 不能明顯地體現(xiàn)出該方法的優(yōu)越性。
[0005] 在系統(tǒng)負載不平衡情況下，用戶一般要求對諧波的正序分量和負序分量同時進行 補償，即要求諧波提取方法可同時提取諧波分量的正序分量和負序分量。而傳統(tǒng)的正序分 量和負序分量還需要利用對稱分量法，再次對提取得到的各次諧波信號進行分離，既增加 了計算量，還會影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，因此，實現(xiàn)指定次諧波補償?shù)年P鍵在于精確快速的將 畸變信號中的主要次諧波分量進行提取。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種檢測精度和實時性高的基于級聯(lián)延遲信 號消除法的指定次諧波檢測方法。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明所述的一種基于級聯(lián)延遲信號消除法的指定次諧波檢測 方法，包括以下步驟： ⑴通過電壓傳感器和數(shù)字信號調理電路得到電網負載端的<3,心C三相線電壓 信號
，利用克拉克變換得到兩相靜止坐標系下的電壓信號
，變換公式如下所示 UiN 丄 丄 CUlif Λ ^ 匕 / L
當兩相靜止坐標系下的電壓信號V#存在不平衡和畸變時，電壓信號v#的矢量形式 :ν?ρ可表不為一系列諧波信號的矢量和，其表達式如下：
式中A次諧波空間矢量的瞬時相角
為初始相角，@為基波角頻 率，#是A次諧波分量的幅值，諧波次數(shù)劇:; ⑵將采集得到的V#信號，送入偶數(shù)次諧波分量延遲信號消除模塊」
，消除所有^諧波分量，得到只含有α-Λ；次諧波分量的電壓信號，其 中
；同時將又^信號送入奇數(shù)次諧波分量延遲信號消除模塊
:，消除所有次諧波分量，得到只含有諧波分量的信號^，其中
， ⑶將所述信號接入級聯(lián)延遲信號消隨塊：
，得到任意奇數(shù) 次諧波分量vf1，其中纟=;將所述νΛ/?Ι>)信號接入級聯(lián)延遲信號消除 模塊，其中J ，得到任意偶數(shù)次諧波分量; ⑷將所述奇數(shù)次諧波分量和所述偶數(shù)次諧波分量進行疊加，即得到總諧波信 號 。
[0008] 所述步驟⑵中的偶數(shù)次諧波分量延遲信號消除模塊:是指將電壓矢 量信號5經過M的延遲，得到延遲后的電壓信號
信號 施加一個旋轉矢量:得到旋轉后的信號
該旋轉后的信號 e-jtk
與原始電壓矢量信號E進行矢量疊加后對疊加后信號進行1/2比例 放大即可得到所有的奇數(shù)次諧波分量V#(2卜υ ; 其矢量表達式如下：
式中溈原始信號基波分量的最小正周期；％為旋轉角度，大小選取為= g = -JI:，為給定的諧波次數(shù)
; 其時域表達式為：
式中對盡J為旋轉矩陣
其輸出信號為：
[0009] 所述步驟⑵中的奇數(shù)次諧波分量延遲信號消除模塊Jasqf是指將電壓矢量信號 g經過7/2的延遲，得到延遲后的電壓信號
，再對
信號施加一個旋轉 矢量g得到旋轉后的信號·
該旋轉后的信號-
與原始電壓矢量信號@進行矢量疊加，對疊加后信號進行1/2比例放大即可得到所有的 偶數(shù)次諧波分; 其矢量表達式如下：
式中τ為原始信號基波分量的最小正周期；Ii為旋轉角度，大小選取為盡2=， ^ = :，為給定的諧波次數(shù)，友=0，±1,±2,土3 土 4,...:;其時域表達式為：
式中對為旋轉矩陣
， 其輸出信號為：
[0010]所述步驟⑶中級聯(lián)延遲信號消除模塊是由下述方法獲得： 根據(jù)延遲信號消除模塊的矢量表達式
分別得到延遲信號消除模塊的幅值和相角響應表達式為：
式中尤為幅值增益，爐為相角增益，武為延遲角度，
：，A為需要 提取的諧波次數(shù)，為基波角頻率，g為旋轉角度，旋轉角度的選取為：
， CN 105137179 A IX m "ti 5/12 頁 綜上所述，將
帶入到延遲信號消除模塊的幅值和相 角響應表達式得到：
式中4為需要提取的諧波次數(shù)，私=2金一1，友：〇，±1，±2:±3 ± 4,...; 然后，根據(jù)需要提取的諧波次數(shù)Ajp延遲信號消除模塊對各次諧波分量的幅 值響應和相角響應特性，確定^^^^中的/?滿以；辦依次分別選取為4,8，16,32，丨||取為 需要提取的諧波次數(shù)依次構成、i^S：C sV 4個延遲信號消 除模塊，將.ZXSC^'DSC1Y、J3SC^+依次串聯(lián)構成提取4次諧波的級聯(lián)延 遲信號消除模塊
，即
。
[0011]所述步驟⑶中級聯(lián)延遲信號消除模塊CDSCf是由下述方法獲得： 根據(jù)延遲信號消除模塊的矢量表達式
分別得到延遲信號消除模塊的幅值和相角響應表達式為：
式中尤為幅值增益，爐為相角增益，巧為延遲角度，
，A為需要 提取的諧波次數(shù)，:邊:為基波角頻率，0=2π/7, g為旋轉角度，旋轉角度的選取為：
， 綜上所述，將
.帶入到延遲信號消除模塊的幅值和相 角響應表達式得到： CN 105137179 A ^ 6/12 貝
式中A7為需要提取的諧波次數(shù)，，友=O5士I，±2,士3 ± 4，...； 然后，根據(jù)需要提取的諧波次數(shù)A7和延遲信號消除模塊對各次諧波分量的 幅值響應和相角響應特性，/?7依次分別選取為4, 8, 16, 32, ￥取為需要提取的諧波次數(shù) 依次構成_
4個延遲信號消除模塊，將ixsry
依次串聯(lián)構成提取A7次諧波的級聯(lián)延遲信號消除模塊
，即 CDSCf。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點： 1、本發(fā)明在兩相靜止α β坐標系下完成任意次諧波分量的提取，可在信號不平衡情 況下，快速提取諧波分量的正序分量和負序分量，無需復雜的坐標變換和低通濾波器，具有 很好的動態(tài)響應效果，且檢測精度和實時性高。
[0013] 2、本發(fā)明所公開的諧波檢測方法可以靈活地檢測所需的諧波次數(shù)。根據(jù)信號的諧 波特征，靈活地增加或者減少延遲信號消除單元DSC的個數(shù)，以完成所需諧波分量的檢測， 同時進一步減小諧波檢測對系統(tǒng)造成的延遲影響。
[0014] 3、本發(fā)明適用于三相不對稱系統(tǒng)和單相系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0015] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明。
[0016] 圖1為本發(fā)明任意次諧波正序分量和負序分量提取結構示意圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明雙DG并聯(lián)的微電網負載母線電壓諧波提取測試結構圖。
[0018] 圖3為本發(fā)明基于級聯(lián)延遲信號消除法DSC的濾波器結構框圖。
[0019] 圖4為本發(fā)明采集得到的微電網負載母線三相電壓波形圖。
[0020] 圖5為本發(fā)明微電網負載母線電壓波形基于FFT方法的頻譜圖。
[0021] 圖6為本發(fā)明基于串聯(lián)和并聯(lián)DSC濾波模塊方式的任意次諧波分量提取結構框 圖。
[0022] 圖7為本發(fā)明提取的基波電壓正序分量和負序分量波形圖。
[0023] 圖8為本發(fā)明提取的_ 3次諧波電壓分量的波形圖。
[0024] 圖9為本發(fā)明提取的·. 5次諧波電壓分量的波形圖。
[0025] 圖10為本發(fā)明提取的· 7次諧波電壓分量的波形圖。
[0026] 圖11為本發(fā)明-1，·: 3, S 5，％ 7諧波分量的疊加后的波形圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了更加有效地說明本發(fā)明公開的基于級聯(lián)延遲信號消除法的任意次諧波提取 方法的正確性和適用性，本實施例搭建了一個含兩個分布式發(fā)電單元并聯(lián)構成的微型配電 網，如圖2所示，其主要包括主電路和諧波提取模塊兩部分： 主電路包括兩個交流性分布式電源DG和負載構成的小型配電網，其主電路參數(shù)如表1 所示。為了更好的驗證本發(fā)明所公開的諧波提取方法的可行性和優(yōu)越性，分布式電源DG1， DG2用兩個理想的三相電壓源代替。
[0028] 表1主電路參數(shù)
一種基于級聯(lián)延遲信號消除法的指定次諧波檢測方法，包括以下步驟： ⑴通過電壓傳感器和數(shù)字信號調理電路得到電網負載端的<3,心^三相線電壓信號
\如圖1所示。利用克拉克變換得到兩相靜止坐標系下的電壓信號
，變換公式如下所示
， 當兩相靜止坐標系下的電壓信號V#存在不平衡和畸變時，電壓信號V#的矢量形式 可表不為一系列諧波信號的矢量和，其表達式如下：
LlN 丄A I ^ (65/丄Z JM
式中A次諧波空間矢量的瞬時相角
：:為初始相角，_為基波角頻 率，0是況欠諧波分量的幅值，諧波次數(shù)A = ±1+2+3,...土 1Z。
[0029] ⑵將采集得到的信號，送入偶數(shù)次諧波分量延遲信號消除模塊，
，消除所有次諧波分量，得到只含有次諧波分量的電壓信號，其中 海:聲:猶，法2,_;" . 。
[0030] 偶數(shù)次諧波分量延遲信號消除模塊
是指將電壓矢量信號經過M 的延遲，得到延遲后的電壓信4
，再對
信號施加一個旋轉矢量得 到旋轉后的信號
，該旋轉后的信號_
與原始電壓矢量信 號:?進行矢量疊加后對疊加后信號進行1/2比例放大即可得到所有的奇數(shù)次諧波分量 "^城(2丨-1 )丨； 其矢量表達式如下：
式中溈原始信號基波分量的最小正周期；％為旋轉角度，大小選取為:％ = _："， # =.·.-:1:，為給定的諧波次數(shù)巍片#，_:1，出 其時域表達式為：
式中為旋轉矩陣
其輸出信號為： CN 105137179 A I