一种基于虚拟滤波因子的谐波检测方法与系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于虚拟滤波因子的谐波检测方法与系统，属于电力系统谐波检 测技术领域。
【背景技术】
[0002] 电力系统中谐波的存在会造成过电压和过电流现象、干扰通讯系统、影响计量仪 表精度、增加电力变压器损耗W及影响继电保护和自动装置正常工作问题。在输配电系统 中应用谐波补偿设备进行治理，主要有两类：无源电力滤波器与有源电力滤波器。无源电力 滤波器采用电容和电抗组成指定次低通谐波回路，结构简单，成本低廉，运行可靠，因此得 到了广泛的应用，但它也存在补偿效果差，易引起谐振，滤波次数单一等问题；而有源电力 滤波器通过采集负载电流W及谐波检测算法，从而输出与负载幅值相同相位相反的谐波电 流运样的原理可实现谐波补偿，其弥补了无源电力滤波器的缺点，同时具有补偿效果好，可 补偿多种谐波，谐波实时跟踪补偿等优点，目前有源电力滤波器已经得到广泛应用。
[0003] 有源电力滤波器谐波检测方法的性能将直接影响谐波补偿设备的工作性能。因此 准确、实时地检测到谐波成分，是谐波补偿设备对谐波进行精确补偿的前提。目前谐波检测 方法主要有两种：基于频域分析的快速傅立叶电流分解方法、基于瞬时无功功率理论的谐 波检测方法。
[0004] 现有谐波检测方法存在的缺点为：基于频域分析的快速傅立叶电流分解方法，是 建立在傅立叶分析的基础上，因此被补偿的波形必须是周期变化的，否则会产生误差。该方 法缺点明显，如计算量大，进而实时性不够好，用于补偿谐波补偿率低；对于非整数次谐波 的检测会出现栅栏效应和频谱泄漏等问题，使得检测得到的谐波有偏差。而基于瞬时无功 功率理论的谐波检测方法的基本原理是采用变换矩阵将各相电压和电流瞬时值变换到a、 0坐标，将电压、电流矢量进行坐标变换获得基波电流，最后把输入电流与获得的基波电流 做差值运算获得谐波电流，此种谐波检测方法，需要对电压进行锁相、运算量较大，特别是 在=相电流不平衡时，计算量大大增加，造成检测延时较大，从而谐波补偿效果降低；同时 检测精度受电压锁相精度W及电压电流传感器精度的影响，特别是电压发生崎变时，实时 锁相精度将受较大影响；并且此方法不能对指定次谐波进行实时检测，只能通过提取基波 电流，运用电流减去基波电流成分获得所有谐波电流的方法进行检测；特别地此方法不宜 对谐波补偿设备输出电流做限幅处理，否则将改变波形形状，从而增加输出电流的直流分 量。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于虚拟滤波因子的谐波检测方法与系统，W解决现有 谐波检测过程中产生的电压崎变W及电压锁相精度低造成谐波检测精度低的问题。
[0006] 本发明为解决上述技术问题提供了一种基于虚拟滤波因子的谐波检测方法，该检 测方法包括W下步骤：
[0007] 1)根据基波频率、目标谐波次数、谐波运算时刻和反变换相位补偿角构造正变换 虚拟滤波因子C。和反变换虚拟滤波因子Cf;
[000引2)将输入的S相电流进行正变换W获得a、P静止坐标系电流值，作为n次谐波 检测提供静止坐标系电流值；
[0009] 3)根据正变换虚拟滤波因子C。将正变换后获得的i。、iP变换到n次谐波虚拟吨、 nq轴坐标系；
[0010] 4)根据反变换虚拟滤波因子乂：对变换到n次谐波虚拟np、nq轴坐标系的电流信 号进行虚拟滤波因子反变换，获取对应a、P静止坐标系瞬时电流；
[0011] 5)将步骤4)中获取的对应a、P静止坐标系瞬时电流进行反变换，使之转换成 瞬时的=相n次谐波电流，从而实现对n次谐波的检测。
[0012] 所述的检测方法还包括对步骤3)获取的电流进行幅值补偿的过程，W解决因运 算量大造成的检测延时W及因电压、电流传感器精度造成的幅值偏差问题。
[0013] 所述的检测方法还包括对步骤3)中虚拟滤波正变换后电流中的毛刺干扰信号进 行滤除的过程。
[0014] 所述步骤1)中正变换虚拟滤波因子C。的构造过程如下：
[001引A.根据基波频率fi、目标的谐波次数n、n次谐波运算时刻t。计算正变换虚拟角度 白"
[0016] 白n= 2unfit。
[0017] 其中t。取值从0开始，在0到基波周期内按照计时步长At周期性取值，计时步长 At则根据基波周期W及一个基波周期时间内谐波检测运算次数m计算获得，公式如下：t。 =tnp+At=tnp+l/(mfi);
[0018]B.对所计算得到的虚拟角度0。进行=角函数运算，获取对应n次谐波的正变换 虚拟S角函数sin0。和cos0。，
[0019]sin白n=sin(2 31nfitn)
[0020] cos白n=cos(2 31nfit。）
[0021] 其中sin0。为n次谐波的正变换虚拟正弦值，cos0。为n次谐波的正变换虚拟余 弦值；
[002引C.根据获取的虚拟；角函数sin0。和cos0。组建对应n次谐波检测所需的正变 换虚拟滤波因子C。，
[0023] 反变换虚拟滤波因子'勾造过程如下：
[0024]a.根据正变换虚拟角度0。和反变换相位补偿角A0。计算反变换虚拟角度R。，
[00巧]Rn=白n+A白n= 2 31nfitn+A白n;
[0026]b.对所计算得到的反变换虚拟角度R。进行=角函数运算，获取对应n次谐波的反 变换虚拟S角函数sinR。和cosR。，
[0027]sinRn=sin(白n+A白n) = sin(2 31nfitn+A白n)
[0028]COsRn=cos(白n+A白n) = cos(231nfitn+A白n)
[0029] 其中sinR。为n次谐波的反变换虚拟正弦值，cosR。为n次谐波的反变换虚拟余弦 值；
[0030] C.根据获取的虚拟=角函数sinR。和cosR。组建对应n次谐波检测所需的反变换 虚拟滤波因子cf，
[0031] 所述步骤2)中所采用的正变换包括正负相序正变换P与Clark正变换C32两部 分，其中正负相序正变换P用于根据输入的S相电流i,、ie、ie得到具有正序n次谐波特征 的S相电流i。、ib、i。，Clark正变换C32用于正负相序正变换P获得的具有正序n次谐波特 征的立相电流旋转矢量转化到a、P静止坐标系。
[0032] 当n次谐波为正序时，正负相序正变换P计算公式如下：
[0033]
[0034] 当n次谐波为负序时，正负相序正变换P计算公式如下：
[0035]
[0036] i。为正负相序正变换后A相电流瞬时值，单位安培；ib为正负相序正变换后B相 电流瞬时值，单位安培；i。为正负相序正变换后C相电流瞬时值，单位安培；iA为系统输入A 相电流瞬时值，单位安培；ie为系统输入B相电流瞬时值，单位安培；ie为系统输入C相电 流瞬时值，单位安培。
[0037] 所述的Clark正变换C32的计算公式如下：
[0038]
[0039] i。为a、P坐标变换后a轴电流瞬时值，单位安培；iP为a、P坐标变换后0 轴电流瞬时值，单位安培。
[0040] 所述步骤5)中采用的反变换包括正负相序反变换PT与Clark反变换两部分， 其中Clark反变换巧;用于根据n次谐波虚拟滤波因子反变换后a、P轴瞬时电流i。。,、 转化为具有正序特征的S相n次谐波电流i。。、i"b、i。。，正负相序反变换PT用于根据 Clark反变换后的S相n次谐波电流i。。、i"b、i。。转换得到S相n次谐波瞬时值i。4、i"B、 lnC〇
[0041] 所述的Clark反变换C;的计算公式如下；
[0042]
[0043] i。。为具有正序特征的S相n次谐波A相电流瞬时值，单位安培；i "b为具有正序特 征的S相n次谐波B相电流瞬时值，单位安培；i。。为具有正序特征的S相n次谐波C相电 流瞬时值，单位安培；i。。:为n次谐波虚拟滤波因子反变换后a轴电流瞬时值，单位安培； i。^为n次谐波虚拟滤波因子反变换后P轴电流瞬时值，单位安培。
[0044] 当n次谐波为正序时，正负相序反变换pT计算公式如下：
[0045]
[0046] 当n次谐波为负序时，正负相序反变换pT计算公式如下：
[0047]
[004引