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    重庆时时彩十年稳赚: 多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201310657477.2

    申请日:

    2013.12.09

    公开号:

    CN104698257A

    公开日:

    2015.06.10

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):G01R 19/06申请日:20131209授权公告日:20170704终止日期:20171209|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/06申请日:20131209|||公开
    IPC分类号: G01R19/06 主分类号: G01R19/06
    申请人: 长沙理工大学
    发明人: 刘桂英; 粟时平; 粟渊恺; 覃晔; 徐志; 罗钱
    地址: 410004湖南省长沙市雨花区万家丽南路2段960号
    优先权:
    专利代理机构: 代理人:
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310657477.2

    授权公告号:

    |||104698257B||||||

    法律状态公告日:

    2018.11.23|||2017.07.04|||2015.07.08|||2015.06.10

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明属于电力系统领域,涉及一种多相电路广义谐波检测方法,本发明多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法的基本组成包括广义谐波电压检测算法和广义谐波电流检测算法。广义谐波电压检测算法由电压瞬时对称分量变换算法、电压正弦代数变换算法、电压均值滤波算法、电压初相算法、电压重构算法、广义谐波电压计算算法组成。广义谐波电流检测算法由电流瞬时对称分量变换算法、电流余弦代数变换算法、电流均值滤波算法、电流初相算法、电压电流相位差算法、电流重构算法、广义谐波电流计算算法组成。本发明提出的广义谐波检测方法,具有锁相简单、实时性强、准确度高、算法简练、实现容易、经济性好和适用范围广等技术效果。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种发明多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法,基本组成包括广义谐波电压检测算法和广义谐波电流检测算法。

    2.  根据权利要求1所述多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法,其特征是广义谐波电压检测算法由电压瞬时对称分量变换算法、电压正弦代数变换算法、电压均值滤波算法、电压初相算法、电压重构算法、广义谐波电压计算算法组成。

    3.  根据权利要求1所述多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法,其特征是广义谐波电流检测算法由电流瞬时对称分量变换算法、电流余弦代数变换算法、电流均值滤波算法、电流初相算法、电压电流相位差算法、电流重构算法、广义谐波电流计算算法组成。

    4.  根据权利要求1所述多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法,其特征是多相电路的广义谐波电压和广义谐波电流检测算法的具体步骤如下:
    第一步:电压瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电压                                                (N为多相电路的相名)进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电压分量,相电压和相电流得瞬时对称分量变换关系式为:
    =,
    其中,
    =,中的;
    第二步:电流瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电流(N为多相电路的相名)进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电流分量,相电流得瞬时对称分量变换关系式为:
    =,
    其中,矩阵仍然是第一步中的矩阵;
    第三步:电压正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,的正弦代数变换和余弦代数变换分别为:
    ==+,其中为的共轭复数,即=;
    第四步:电压均值滤波算法对复合电压信号进行滑动平均值运算,得到直流电压成分和;
    第五步:电压初相算法根据直流电压成分和进行正序工频电压分量的初始相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角,初始相位角的计算算法为:
    =;
    第六步:电流正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,的正弦代数变换和余弦代数变换分别为:
    ==++;
    第七步:直流均值滤波算法对复合电流信号进行滑动平均值运算,得到直流电流成分和;
    第八步:电流初相算法根据直流电流成分和进行正序工频电流分量的初始相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角,初始相位角的计算算法为:
    =;
    第九步:电压电流相位算法根据正序工频电压的初相位和正序工频电流的初相位,计算出正序工频电流与正序工频电压之间的相位差,相位差的计算算法为:
    ;
    第十步:电压重构算法对提取的直流电压成分进行正弦余弦代数变换得到正序工频电压,然后进行瞬时对称分量反变换,得到各相正序工频电压瞬时值(=)
    根据=+可以给出正序工频电压的重构算法为:
    =,
    电压瞬时对称分量反变换为:
    =,
    其中,=;
    第十一步:电流重构算法对提取的直流电流成分进行正弦代数变换得到正序工频有功电流,然后进行电流瞬时对称分量反变换,得到各相正序工频有功电流瞬时值(=)
    根据C=可以给出正序工频有功电流的重构算法为:
    =(+)C,
    电流瞬时对称分量反变换为:
    =,,
    其中,仍然是第十步中的矩阵;
    第十二步:广义谐波电压计算算法进行各相电压瞬时值和正序工频电压瞬时值的代数差运算,得到广义谐波电压瞬时值(),求取的代数差算法为
    =-,;
    第十三步:广义谐波电流计算算法进行各相电流瞬时值和正序工频有功电流瞬时值的代数差运算,得到广义谐波电流瞬时值(),求取的代数差算法为
    =-,。

    说明书

    说明书多相电路广义谐波瞬时对称分量变换检测方法
    技术领域
    本发明属于电力系统领域,涉及一种基于瞬时对称分量变换理论的多相电力系统广义谐波电压和电流的检测方法。
    背景技术
    交流电力系统的理想工作状态是正弦、相序对称、单位功率因数。在实际的电力系统中,由于存在大量的非线性、非正弦、非相序对称、低功率因数等无效成分,随着微电子设备、高精密制造系统等电能质量敏感性的电力负荷更大规模用于电力系统,动态抑制和消除电力系统的无效成分成为一种必然选择,对实时高精度检测广义谐波电压电流的需求越来越迫切。在4相、6相、9相、12相等多相交流电力系统中,多相序的特点使得系统内的非线性、非正弦性、非对称性、低功率因数等电气特性变得更为复杂,现有的适用于单相和三相电路的广义谐波检测方法不能直接用于多相电路的广义谐波检测。
    现有的单相和三相电路的广义谐波检测方法主要采用两种方法,一种是对其中的谐波电流成分、无功电流成分和不对称电流成分进行分别检测,另一种是基于瞬时无功功率理论进行综合检测。第一种方法虽然能够精确检测出广义谐波,但是检测过程过于复杂,需要用到多种数学方法,实时性也比较差;第二种方法虽然相对比较简单,实时性大大提高,但是主要用于广义谐波电流的检测,存在电压波形畸变会影响到广义谐波电流的检测精度的问题,此外,其瞬时无功功率理论是针对三相电路提出的,用于三相以上的多相电路尚有许多新问题需要克服。
    鉴于现有的单相和三相电路的广义谐波检测的上述不足和缺乏通用性的多相交流电力系统广义谐波检测装置的现状,本发明提出一种基于瞬时对称分量变换的多相电路广义谐波检测方法,采用先进的信号检测算法和数字信号处理芯片,可以简单、快速、实时、精确实现任意相电力系统的广义谐波检测的综合检测,不仅为发展任意相电路的广义有源电力滤波器、统一电能质量调节器提供了一种非常高效的信号检测方法,还且为分析任意相交流电力系统的非线性、非正弦、非相序对称、低功率因数等无效成分提供了一种有效方法,具有广泛的实用性。
    发明内容
    本发明的目的是提出一种适合任意相数的多相交流电力系统广义谐波电压电流瞬时值综合检测的高效方法,克服现有单相和三相电路广义谐波电压电流检测方法的不足,解决现有广义谐波电压电流瞬时值检测方法存在的实时性不强、准确度不高、适用范围不广、检测算法不简练、硬件实现不容易的技术问题。
    本发明提出一种基于瞬时对称分量变换的多相电路广义谐波检测方法,其基本组成包括广义谐波电压检测算法和广义谐波电流检测算法。
    本发明中的广义电压检测算法由电压瞬时对称分量变换算法、正序电压正弦代数变换算法、电压均值直流滤波算法、正序工频电压初相算法、正序工频电压重构算法、广义谐波电压计算算法组成。
    本发明中的广义谐波电流检测算法由电流瞬时对称分量变换算法、正序电流余弦代数变换算法、电流均值直流滤波算法、正序工频电流初相算法、电压电流相位差算法、正序工频有功电流重构算法、广义谐波电流计算算法组成。
    本发明中的多相电路广义谐波检测方法的具体算法步骤如下:
    第一步:电压瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电压                                                (N为多相电路的相名)进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电压分量,相电压和相电流得瞬时对称分量变换关系式为:
    =,
    其中,
    =,中的;
    第二步:电流瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电流(N为多相电路的相名)进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电流分量,相电流得瞬时对称分量变换关系式为:
    =,
    其中,矩阵仍然是第一步中的矩阵;
    第三步:电压正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,的正弦代数变换和余弦代数变换分别为:
    ==+,其中为的共轭复数,即=;
    第四步:电压均值滤波算法对复合电压信号进行滑动平均值运算,得到直流电压成分和;
    第五步:电压初相算法根据直流电压成分和进行正序工频电压分量的初始相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角,初始相位角的计算算法为:
    =;
    第六步:电流正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,的正弦代数变换和余弦代数变换分别为:
    ==++;
    第七步:直流均值滤波算法对复合电流信号进行滑动平均值运算,得到直流电流成分和;
    第八步:电流初相算法根据直流电流成分和进行正序工频电流分量的初始相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角,相位角的计算算法为:
    =;
    第九步:电压电流相位算法根据正序工频电压的初相位和正序工频电流的初相位,计算出正序工频电流与正序工频电压之间的相位差,相位差的计算算法为:
    ;
    第十步:电压重构算法对提取的直流电压成分进行正弦余弦代数变换得到正序工频电压,然后进行瞬时对称分量反变换,得到各相正序工频电压瞬时值(=)。根据=+可以给出正序工频电压的重构算法为:
    =,
    电压瞬时对称分量反变换为:
    =,
    其中,=;
    第十一步:电流重构算法对提取的直流电流成分进行正弦代数变换得到正序工频有功电流,然后进行电流瞬时对称分量反变换,得到各相正序工频有功电流瞬时值(=)。根据C=可以给出正序工频有功电流的重构算法为:
    =(+)C,
    电流瞬时对称分量反变换为:
    =,,
    其中,仍然是第十步中的矩阵;
    第十二步:广义谐波电压计算算法进行各相电压瞬时值和正序工频电压瞬时值的代数差运算,得到广义谐波电压瞬时值(),求取的代数差算法为
    =-,;
    第十三步:广义谐波电流计算算法进行各相电流瞬时值和正序工频有功电流瞬时值的代数差运算,得到广义谐波电流瞬时值(),求取的代数差算法为
    =-,。
    本发明的技术效果在于:本发明利用瞬时对称分量变换对多相电力系统的相电压和相电流进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,提取正序对称电流分量进行正弦代数变换,得到含有与工频正序有功电流成正比例的直流成分和交流成分的复合电流信号,采用均值滤波技术提取复合电压信号和复合电流信号中的直流成分,根据提取的直流成分进行各相的正序工频电压和正序工频有功电流的瞬时值重构,并与采样到的各相电压和各相电流的瞬时值进行比较,精确检测出各相电压的广义谐波电压电流和各相电流的广义谐波电流成分。本发明提出广义谐波检测方法,不限定电力系统的相数和电压条件,不需要严格的电压锁相,无原理误差,原理延时小,大大提高了检测的实时性、准确度、适用范围,并且检测算法简练、硬件实现容易,增强了检测装置的精度、普适性、可靠性和经济性。
    附图说明
    图1为发明基于瞬时对称分量变换变换的多相电路广义谐波电流检测方法的原理框图。
    图2为发明基于瞬时对称分量变换变换的多相电路广义谐波电流检测的算法软件流程框图。
    图3为发明基于瞬时对称分量变换变换的多相电路广义谐波电流检测的硬件原理框图。
    具体实施方式
    结合发明基于瞬时对称分量变换变换的多相电路广义谐波电流检测方法的原理框图1、算法软件流程框图2和检测电路硬件的原理框图3,描述本发明的具体实施方式和工作过程。
    参见图1、图2和图3,多相电路广义谐波电流检测的整个工作过程是:信号调理单元1和信号调理单元2接收来自多相电力系统的各相电压和各相电流,滤除高于需要检测的最高频率交流成分的高频成分和噪声,信号采样单元1和信号采样单元2根据预先设置的采样频率对调理后的各相电压和各相电流进行模数转换,获得各相电压和各相电流的数字流,数字信号处理单元调取来自信号采样单元的各相电压和各相电流的数字流,按给定的数字信号处理算法进行运算、存储和输出,显示单元对数字信号处理单元的运算结果进行显示,人机交互单元用于对检测系统进行参数的设置和修改、软件的维护和升级,功能的变换和恢复,电路的监控和故障诊断。给定的数字信号处理算法包括多相电路的广义谐波电压检测算法和广义谐波电流检测算法,它由各相电压和电流的瞬时对称分量变换算法、正序对称电压分量的正弦和余弦代数变换算法、直流电压成分提取的均值滤波算法、工频正序电压正初相算法、正序对称电流分量的正弦代数变换算法、直流电流成分提取的均值滤波算法、正序工频电压的重构算法、正序工频有功电流的重构算法、广义谐波电压提取算法以及广义谐波电流提取算法组成。
    多相电路的广义谐波电压和广义谐波电流检测算法的具体步骤如下:
    第一步:电压瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电压(N为多相电路的相名)进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电压分量,相电压和相电流得瞬时对称分量变换关系式为:
    =,
    其中,
    =,中的;
    第二步:电流瞬时对称分量变换算法对多相电力系统的相电流(N为多相电路的相名)进行瞬时对称分量变换,提取正序对称电流分量,相电流得瞬时对称分量变换关系式为:
    =,
    其中,矩阵仍然是第一步中的矩阵;
    第三步:电压正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,的正弦代数变换和余弦代数变换分别为:
    ==+,其中为的共轭复数,即=;
    第四步:电压均值滤波算法对复合电压信号进行滑动平均值运算,得到直流电压成分和;
    第五步:电压初相算法根据直流电压成分和进行正序工频电压分量的初始相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角,相位角的计算算法为:
    =;
    第六步:电流正弦余弦代数变换算法对正序对称电压分量进行正弦和余弦代数变换,得到含有与工频正序电压成正比例的直流成分和交流电压成分的复合电压信号,的正弦代数变换和余弦代数变换分别为:
    ==++;
    第七步:直流均值滤波算法对复合电流信号进行滑动平均值运算,得到直流电流成分和;
    第八步:电流初相算法根据直流电流成分和进行正序工频电流分量的初始相位角计算的运算,计算出正序工频电压分量的初始相位角,相位角的计算算法为:
    =;
    第九步:电压电流相位算法根据正序工频电压的初相位和正序工频电流的初相位,计算出正序工频电流与正序工频电压之间的相位差,相位差的计算算法为:
    ;
    第十步:电压重构算法对提取的直流电压成分进行正弦余弦代数变换得到正序工频电压,然后进行瞬时对称分量反变换,得到各相正序工频电压瞬时值(=)。根据=+可以给出正序工频电压的重构算法为:
    =,
    电压瞬时对称分量反变换为:
    =,
    其中,=;
    第十一步:电流重构算法对提取的直流电流成分进行正弦代数变换得到正序工频有功电流,然后进行电流瞬时对称分量反变换,得到各相正序工频有功电流瞬时值(=)。根据C=可以给出正序工频有功电流的重构算法为:
    =(+)C,
    电流瞬时对称分量反变换为:
    =,,
    其中,仍然是第十步中的矩阵;
    第十二步:广义谐波电压计算算法进行各相电压瞬时值和正序工频电压瞬时值的代数差运算,得到广义谐波电压瞬时值(),求取的代数差算法为
    =-,;
    第十三步:广义谐波电流计算算法进行各相电流瞬时值和正序工频有功电流瞬时值的代数差运算,得到广义谐波电流瞬时值(),求取的代数差算法为
    =-,。
    本发明基于瞬时对称分量变换的多相电力系统广义谐波瞬时值检测方法,采用提取正序工频电压和正序工频电流的虚部成分进行正弦、余弦代数变换得到含直流和交流的复合分量,采用均值滤波分离出直流成分,依据直流成分重构出正序工频电压和正序工频有功电流,进而非常简单地求取广义谐波电压和广义谐波电流,算法简单,无原理误差,不需要严格的电压锁相,原理延时小,无锁相环,不限定电力系统的相数和电压条件,拥有实时性强、准确度高、适用范围广、检测算法简练、硬件实现容易,可靠性高和经济性优越等诸多优点,既是一种发展多电路广义有源电力滤波器和统一电能质量调节器所需的非常高效的信号检测方法,也是一种分析多相交流电力系统的非线性、非正弦、非相序对称、低功率因数等无效成分的有效方法,因此具有广泛的实用性。

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