一种可以提取任意次谐波的SAI谐波电流检测法的制作方法

本发明属于电力电子功率变换器调制及控制领域，涉及对谐波电流提取的控制方法，特别涉及一种可以提取任意次谐波的SAI谐波电流检测法。

背景技术：

电力电子装置和非线性负载的普遍使用，使谐波电流大量注入电网，严重影响电网的安全运行，因此引入了有源电力滤波器(Active PowerFilter-APF)进行谐波抑制。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网中的谐波电流被滤除。所以APF进行谐波抑制的关键环节在于谐波电流的检测环节。

目前主要的谐波检测法有：基于傅里叶变换的检测方法、基于瞬时无功功率理论的检测方法、基于神经网络的检测方法、基于小波分析的检测方法和基于滤波器的检测方法等，而另一个使用比较广泛的谐波电流检测方法则是建立在瞬时无功功率理论基础上的i_p-i_q法，该方法在应用锁相环的基础上经过Clarke变换，在此基础上计算出负载电流的有功分量i_p和无功分量i_q，再利用低通滤波器得到基波电流，从而提取谐波电流；图3所示为传统的i_p-i_q法的结构框图，从图中可以看出：三相负载电流i_a、i_b、i_c在Clarke变换下，形成两相静止坐标系下的电流i_α、i_β，经由锁相环输出电压的相位角用于得到负载电流的有功分量i_p、无功分量i_q的变换，由低通滤波器对变换后的电流i_p、i_q进行滤波，得到在两相旋转坐标系下电流的直流分量反变换之后，形成三相的基波电流i_af、i_bf、i_cf，最终得到谐波电流i^*_ca、i^*_cb、i^*_cc。该方法系统比较复杂，增加了锁相环和计算i_p、i_q变换环节，在一定程度上使得系统的准确性降低，而低通滤波器的使用又对系统起到了延时作用。

本发明提出的可以提取任意次谐波的SAI谐波电流检测法是直接在Clarke变换的基础上，把传统级联的正负序分离进行结构简化再应用到SAI环节，用该方法可以滤除单个定次谐波或多个谐波一同存在的情况，提取得到精准的正序基波电流，从而提取谐波电流。与传统的i_p-i_q法相比，简化了结构，增加了系统的快速性、准确性和灵活性。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种响应速度快的无锁相环的可以提取任意次谐波正负序分量的全电流补偿的SAI谐波电流检测法，该方法结构简单，提取谐波灵活，补偿精确。

为实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种可以提取任意次谐波的SAI谐波电流检测法，该方法主要包括三相电流提取、Clarke变换、SAI的级联结构、Clarke反变换及谐波电流提取；其内容包括如下步骤：

步骤1对负载侧三相电流提取，经过Clarke运算，得到两相静止坐标系下的电流；

步骤2对两相静止坐标系下的电流进行SAI环节的正序基波级联任意定次的单个或多个谐波闭环提取，滤除因误提取或其它原因被提取的谐波电流，最后得到正序基波电流；

步骤3对提取出的正序基波电流进行Clarke反变换运算，得到三相的正序基波电流；

步骤4在三相正序基波电流的基础上进行谐波电流的提取。

在步骤2中，省去了负载电流的有功分量、无功分量计算和锁相环技术，直接使用SAI环节的级联结构提取正序基波电流，得到比较精确的谐波电流，从而对系统进行全电流的补偿。

本发明方法在传统的i_p-i_q法的基础上省略了负载电流的有功分量、无功分量计算和锁相环节，并且把原来系统中的低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)替换成正弦幅值积分器(SinusoidalAmplitude Integrator，SAI)中的正序基波级联任意次谐波的提取环节，该级联环节应用对传统级联的正负序分离简化后的结构，可以对任意定次的单个谐波或多个谐波进行提取，达到全电流补偿的目的，大大精简了系统结构，增加对谐波检测的快速性。用SAI的正序基波级联任意次谐波的提取环节替代LPF，可以在正序基波提取过程中有任意高次谐波一同被提取的情况下，运用级联的情况滤除被误提取的定次谐波，这样极大地提高了谐波电流检测的精确性和灵活性。

与现有技术相比，本发明方法具有如下有益效果：

1、本发明方法省去了负载电流的有功分量、无功分量计算环节，使系统检测的准确性在一定程度上得到改善；

2、本发明方法运用无锁相环技术，简化了系统结构；

3、本发明方法采用SAI的级联结构提取正序基波电流，得到精准的谐波电流，使得谐波提取更为精确、灵活和快速。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明的SAI级联结构框图；

图3为传统的i_p-i_q法结构框图；

图4为正序基波的SAI原理图；

图5为正序基波的幅频特性图；

图6为负序基波的SAI原理图；

图7为负序基波的幅频特性图；

图8为传统的谐波电流的正负序分离框图；

图9为谐波电流获取图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

一种可以提取任意次谐波的SAI谐波电流检测法，本发明方法是在简化i_p-i_q法的系统结构情况下，先提取负载侧的三相电流，经过Clarke变换后，用SAI的级联结构提取正序基波电流，再经过Clarke反变换后得到三相正序基波电流，从而获取所需的谐波电流。图1为本发明的整体结构框图；三相负载电流i_a、i_b、i_c在Clarke变换下，形成两相静止坐标系下的电流i_α、i_β，经过SAI环节的级联结构可以针对性的提取单次或者多次级联的谐波得到基波正序电流i⁺_α1、i⁺_β1，然后经过Clarke反变换得到三相基波正序电流i⁺_α1、i⁺_b1、i⁺_c1，最后经过运算得到谐波电流i_af、i_bf、i_cf，从而实现全电流补偿。

下面具体说明本发明方法，该方法主要包括三相电流提取、Clarke变换、SAI的级联结构、Clarke反变换及谐波电流提取，其内容包括如下步骤：

步骤1对负载侧三相电流提取，经过Clarke运算，得到两相静止坐标系下的电流；如图2所示为SAI级联结构框图，图8所示为传统的谐波电流的正负序分离框图，由图8中所阐述的理论可知，当n＝3k-1时，系统中的谐波皆为负序谐波，可以省略正序谐波，当n＝3k+1时，系统中的谐波则为正序谐波，可以省略负序谐波；而在三相三线制平衡系统中并不存在n＝3k的情况，这样图8就可以化简成为图2，可以对任意次的谐波进行提取。

步骤2对两相静止坐标系下的电流进行SAI环节的正序基波级联任意定次的单个或多个谐波闭环提取，滤除因误提取或其它原因被提取的谐波电流，最后得到正序基波电流；

在该步骤中，省去了负载电流的有功分量、无功分量计算和锁相环技术，根据图2，使用SAI的正序基波提取环节级联任意高次谐波提取环节，在闭环控制基础上提取正序基波电流和任意定次的单个或多个谐波电流，通过做差环节滤除高次谐波电流，得到正序基波电流，最后得以提取出比较精确的谐波电流，从而对系统进行全电流的补偿；

图4所示为正序基波的SAI原理图，利用正序的SAI提取法，对正序基波分量进行提取，可以得到在本谐波检测法下的正序基波电流，为谐波电流提取奠定了基础；

图5所示为正序基波的幅频特性图。由该正序基波的幅频特性图可以看出在中心角频率处具有谐振峰值，对于其它频率的信号都具有衰减作用，对于50Hz的正序分量具有极性选择作用。

图6所示为负序基波的SAI原理图。同理，利用负序的SAI原理图可以对基波负序分量进行提取。

图7所示为负序基波的幅频特性图。当ω＝-100π时，由于SAI对于输入信号为-50Hz的负序信号具有极性选择的能力，对其他频率的信号具有滤波作用。因此SAI结构是一种具有极性选择特性的带通滤波器，可以应用到有源滤波器的谐波电流检测。

图8所示为传统的谐波电流的正负序分离框图，它可以分离出需要的正负序分量。对于三相三线制系统平衡时，可得以下结论：(1)n＝3k(k＝1，2，3…)三相谐波电流的大小和相位均相同，为零序谐波；(2)n＝3k+1，即n为1，7，13，19等时，B相谐波电流较A相谐波电流相位滞后2π/3，C相谐波电流较A相谐波电流相位超前2π/3，这些次序的谐波均为正序谐波电流，则可以省略1，7，13，19等次的谐波分量的负序SAI结构；(3)n＝3k-1，即n为5，11，17等时，B相谐波电流较A相谐波电流相位超前2π/3，C相谐波电流较A相电流相位滞后2π/3，这些次序的谐波为负序谐波电流，则可以省略5，11，17等次谐波分量的正序SAI结构。由于在三相三线制系统中没有零序电流的流通路径，所以负载电流中并不存在3、6、9次等零序分量。这样经过简化后就可以得到图2所示的本发明的SAI级联结构框图，可以对任意次谐波进行简便、有效的提取。

步骤3-4对提取出的正序基波电流进行Clarke反变换运算，得到三相的正序基波电流；在三相正序基波电流的基础上进行谐波电流的提取。

图9所示为本发明的谐波电流获取图。运用SAI的级联结构对正序基波电流i⁺_α1、i⁺_β1进行闭环控制提取，通过运算，使三相负载电流i_abc减去三相正序基波电流i⁺_abc1获取比较准确的谐波电流i^*_abc。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。