专利名称：一种电流谐波检测系统及工作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流信号检测技术，特别涉及一种基于改进FBD算法与DSP技术的电流谐波检测系统及工作方法。
背景技术：
配电网中以开关方式工作的电力电子装置不断增加，这些负荷的非线性、冲突性和不平衡性等用电特性，使电力系统的电压、电流发生畸变，对供电质量造成严重影响。有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)是一种对实时变化的谐波和无功进行补偿，改善电网供电质量的有效的电力电子装置。为了较好地实现APF的功能，谐波和无功电流的检测环节显得至关重要。目前使用最广泛的电流检测方法是基于瞬时无功功率理论的检测方法、基于p-q-r空间变换的检测方法和基于FBD法的检测方法。它们均是通过将检测出的基波电流和负载电流相减，得到全部的谐波电流和无功电流。但是，由于这些检测方法中低通滤波器(LPF)的存在，使检测延时达到1 2个电源周期，产生滞后误差，从而影响了 APF的补偿性能。浙江大学的邝乃兴等在2006年第30期《电力系统自动化》上发表论文“一种高性能的谐波检测数字低通滤波器”设计了新型低通滤波器代替传统低通滤波器，但是增加了系统的复杂程度。东南大学的丁祖军等在2008年第2期《电工技术学报》发表的论文“FBD算法电流检测的滞后误差建模”建立了 FBD电流检测法的滞后模型，引入线性变换补偿算法，但改进方法保留了低通滤波器，增加了计算量，加大了微处理器的运算负担。因此，研究一种既可以准确检测出谐波和无功电流，同时检测过程的延时少、计算量小的电流检测系统成为当前APF研究的一个重点问题。
发明内容
本发明是针对有源电力滤波器中谐波电流和无功电流检测滞后的问题，提出了一种电流谐波检测系统及工作方法，此系统为在改进FBD算法与DSP技术的基础上设计的，即可以准确检测出谐波和无功电流，同时检测过程的延时少、计算量小。本发明的技术方案为一种电流谐波检测系统，包括两个电流互感器、一个电压传感器、过零比较电路、前置滤波电路、AD数据采集模块、DSP数字信号处理芯片，负载电流和电网电流分别经过两个电流互感器后，分别通过两条信号线与前置滤波电路相连，前置滤波电路通过单总线与AD数据采集模块的输入端口相连，电网A相电压经过电压传感器，通过单路信号线与过零比较电路相连，AD数据采集模块与过零比较电路的输出接DSP数字信号处理芯片输入端口，DSP数字信号处理芯片输出采样频率信号到AD数据采集模块。所述DSP数字信号处理芯片选用美国TI公司生产的TMS320F2812芯片，AD数据采集模块选用Analog Device公司生产的AD7656芯片。一种电流谐波检测系统工作方法，包括电流谐波检测系统，具体包括如下步骤1)通过电压传感器检测A相相电压，电压传感器获得与A相相电压幅值较小且相位相同的正弦波信号，经过零检测电路后得到幅值为5V、频率和正弦波信号相同的50Hz方波信号，再将该方波送至DSP数字信号处理芯片的捕获口，对其上升沿进行捕获，通过对方波信号两次上升沿的捕获可以得到交流信号的周期，通过软件倍频，将12. SkHz的采样频率送至AD7656数据采集模块作为采样模块的采样频率；
2)DSP数字信号处理芯片根据步骤1)中捕获的方波信号，获得电网A相电压的相位角，按照正序定义得到三相电压的相位角，取电网电压的单位向量为参考量，即幅值为1、相位角不变；
3)根据FBD算法的瞬时功率定义，利用系统采集到的负载电流和电压参考量，计算出瞬时有功电导和瞬时无功电导，再经过滑动积分进行滤波得到基波电流对应的有功直流量和无功直流量；
4)然后将直流量和电压的参考量相乘，得到三相正序基波电流；通过比较系统采集的电网电流和计算后的正序基波电流，当幅值之差小于或等于补偿阈值时，将负载电流和基波电流相减，得到谐波电流和无功电流之和，否则，重复2)、3)。本发明的有益效果在于本发明一种电流谐波检测系统及工作方法，解决了传统电流谐波方法的检测延时大、电流尖刺干扰等问题，能够让有源电力滤波器可以快速准确地检测出电网谐波，进行谐波治理和无功补偿，极大地提高了电网对非线性负载的供电质量。
图1为本发明电流谐波检测系统原理框图2为本发明电流谐波检测系统改进FBD算法软件流程图。
具体实施例方式如图1所示系统原理图，本发明包括两个电流互感器5、8、一个电压传感器2、过零比较电路3、前置滤波电路9、AD数据采集模块10、DSP数字信号处理芯片6。考虑数字计算处理能力，DSP芯片选用美国TI公司生产的TMS320F2812芯片。为了提高采样精度，系统并未选用TMS320F2812内部集成的12位的ADC模块，AD数据采集模块10而是使用了 AnalogDevice公司生产的AD7656芯片对信号进行采样。为了避免锁相环的失锁现象，系统设计了过零检测电路，通过检测A相相电压1的零相位点，触发AD数据采集模块10AD7656开始采样，能获得较高精度的实时数据。通过电压传感器检测A相相电压1，电压传感器2获得与A相相电压1幅值较小且相位相同的正弦波信号，经过零检测电路3后得到幅值为5V、频率和正弦波信号相同的50Hz方波信号。再将该方波送至DSP数字信号处理芯片6的捕获口，对其上升沿进行捕获。通过对方波信号两次上升沿的捕获可以得到交流信号的周期，通过软件倍频，将12. SkHz的采样频率送至AD7656数据采集模块10作为采样模块的采样频率，保证各路采样信号的同步性。三相负载电流4和电网电流7流入两个电流互感器5、8信号测量电路后进入前置滤波电路9滤波后送入AD数据采集模块10AD7656芯片进行采样。再经过信号调理，送入DSP数字信号处理芯片6。如图2所示改进FBD算法软件流程图，在DSP数字信号处理芯片6中，将上述数据作为改进FBD算法的输入数据进行计算。首先，根据捕获的方波信号，获得电网A相电压1的相位角，按照正序定义得到三相电压的相位角。取电网电压的单位向量为参考量，即幅值为1、相位角不变。接着，根据FBD算法的瞬时功率定义，利用负载电流和电压参考量，计算出瞬时有功电导和瞬时无功电导，再经过滑动积分进行滤波得到基波电流对应的有功直流量和无功直流量。然后将直流量和电压的参考量相乘，得到三相正序基波电流。通过比较电网电流和正序基波电流，当幅值之差小于或等于补偿阈值时，将负载电流和基波电流相减，得到谐波电流和无功电流之和，否则，重复上述过程。 本发明将准确快速的FBD算法和高性能的数据处理能力相结合，减小了传统检测方法的延时问题，明显地提高了检测的精度和速度，较好地增强了系统的实时计算能力。本发明硬件电路简单可靠、实时性能好，软件系统精度高计算速度快，方便应用于三相系统和非三相系统，具有很强的工程应用性。
权利要求
1.一种电流谐波检测系统，其特征在于，包括两个电流互感器、一个电压传感器、过零比较电路、前置滤波电路、AD数据采集模块、DSP数字信号处理芯片，负载电流和电网电流分别经过两个电流互感器后，分别通过两条信号线与前置滤波电路相连，前置滤波电路通过单总线与AD数据采集模块的输入端口相连，电网A相电压经过电压传感器，通过单路信号线与过零比较电路相连，AD数据采集模块与过零比较电路的输出接DSP数字信号处理芯片输入端口，DSP数字信号处理芯片输出采样频率信号到AD数据采集模块。
2.根据权利要求1所述电流谐波检测系统，其特征在于，所述DSP数字信号处理芯片选用美国TI公司生产的TMS320F2812芯片，AD数据采集模块选用Analog Device公司生产的AD7656芯片。
3.一种电流谐波检测系统工作方法，包括电流谐波检测系统，其特征在于，具体包括如下步骤1)通过电压传感器检测A相相电压，电压传感器获得与A相相电压幅值较小且相位相同的正弦波信号，经过零检测电路后得到幅值为5V、频率和正弦波信号相同的50Hz方波信号，再将该方波送至DSP数字信号处理芯片的捕获口，对其上升沿进行捕获，通过对方波信号两次上升沿的捕获可以得到交流信号的周期，通过软件倍频，将12. SkHz的采样频率送至AD7656数据采集模块作为采样模块的采样频率；2)DSP数字信号处理芯片根据步骤1)中捕获的方波信号，获得电网A相电压的相位角，按照正序定义得到三相电压的相位角，取电网电压的单位向量为参考量，即幅值为1、相位角不变；3)根据FBD算法的瞬时功率定义，利用系统采集到的负载电流和电压参考量，计算出瞬时有功电导和瞬时无功电导，再经过滑动积分进行滤波得到基波电流对应的有功直流量和无功直流量；4)然后将直流量和电压的参考量相乘，得到三相正序基波电流；通过比较系统采集的电网电流和计算后的正序基波电流，当幅值之差小于或等于补偿阈值时，将负载电流和基波电流相减，得到谐波电流和无功电流之和，否则，重复2)、3)。
全文摘要
本发明涉及一种电流谐波检测系统及工作方法，负载电流和电网电流分别经过两个电流互感器后，分别通过两条信号线与前置滤波电路相连，前置滤波电路通过单总线与AD数据采集模块的输入端口相连，电网A相电压经过电压传感器，通过单路信号线与过零比较电路相连，AD数据采集模块与过零比较电路的输出接DSP数字信号处理芯片输入端口，DSP数字信号处理芯片输出采样频率信号到AD数据采集模块。解决了传统电流谐波方法的检测延时大、电流尖刺干扰等问题，能够让有源电力滤波器可以快速准确地检测出电网谐波，进行谐波治理和无功补偿，极大地提高了电网对非线性负载的供电质量。
文档编号G01R19/25GK102565523SQ20121000767
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者单冠华, 王晓丹, 王月晓, 肖川, 马立新 申请人:上海理工大学