專利名稱：一種電流諧波檢測系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流信號檢測技術(shù)，特別涉及一種基于改進FBD算法與DSP技術(shù)的電流諧波檢測系統(tǒng)及工作方法。
背景技術(shù)：
配電網(wǎng)中以開關(guān)方式工作的電力電子裝置不斷增加，這些負(fù)荷的非線性、沖突性和不平衡性等用電特性，使電力系統(tǒng)的電壓、電流發(fā)生畸變，對供電質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。有源電力濾波器(Active Power Filter, APF)是一種對實時變化的諧波和無功進行補償，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量的有效的電力電子裝置。為了較好地實現(xiàn)APF的功能，諧波和無功電流的檢測環(huán)節(jié)顯得至關(guān)重要。目前使用最廣泛的電流檢測方法是基于瞬時無功功率理論的檢測方法、基于p-q-r空間變換的檢測方法和基于FBD法的檢測方法。它們均是通過將檢測出的基波電流和負(fù)載電流相減，得到全部的諧波電流和無功電流。但是，由于這些檢測方法中低通濾波器(LPF)的存在，使檢測延時達到1 2個電源周期，產(chǎn)生滯后誤差，從而影響了 APF的補償性能。浙江大學(xué)的鄺乃興等在2006年第30期《電力系統(tǒng)自動化》上發(fā)表論文“一種高性能的諧波檢測數(shù)字低通濾波器”設(shè)計了新型低通濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)低通濾波器，但是增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度。東南大學(xué)的丁祖軍等在2008年第2期《電工技術(shù)學(xué)報》發(fā)表的論文“FBD算法電流檢測的滯后誤差建模”建立了 FBD電流檢測法的滯后模型，引入線性變換補償算法，但改進方法保留了低通濾波器，增加了計算量，加大了微處理器的運算負(fù)擔(dān)。因此，研究一種既可以準(zhǔn)確檢測出諧波和無功電流，同時檢測過程的延時少、計算量小的電流檢測系統(tǒng)成為當(dāng)前APF研究的一個重點問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對有源電力濾波器中諧波電流和無功電流檢測滯后的問題，提出了一種電流諧波檢測系統(tǒng)及工作方法，此系統(tǒng)為在改進FBD算法與DSP技術(shù)的基礎(chǔ)上設(shè)計的，即可以準(zhǔn)確檢測出諧波和無功電流，同時檢測過程的延時少、計算量小。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種電流諧波檢測系統(tǒng)，包括兩個電流互感器、一個電壓傳感器、過零比較電路、前置濾波電路、AD數(shù)據(jù)采集模塊、DSP數(shù)字信號處理芯片，負(fù)載電流和電網(wǎng)電流分別經(jīng)過兩個電流互感器后，分別通過兩條信號線與前置濾波電路相連，前置濾波電路通過單總線與AD數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端口相連，電網(wǎng)A相電壓經(jīng)過電壓傳感器，通過單路信號線與過零比較電路相連，AD數(shù)據(jù)采集模塊與過零比較電路的輸出接DSP數(shù)字信號處理芯片輸入端口，DSP數(shù)字信號處理芯片輸出采樣頻率信號到AD數(shù)據(jù)采集模塊。所述DSP數(shù)字信號處理芯片選用美國TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片，AD數(shù)據(jù)采集模塊選用Analog Device公司生產(chǎn)的AD7656芯片。一種電流諧波檢測系統(tǒng)工作方法，包括電流諧波檢測系統(tǒng)，具體包括如下步驟1)通過電壓傳感器檢測A相相電壓，電壓傳感器獲得與A相相電壓幅值較小且相位相同的正弦波信號，經(jīng)過零檢測電路后得到幅值為5V、頻率和正弦波信號相同的50Hz方波信號，再將該方波送至DSP數(shù)字信號處理芯片的捕獲口，對其上升沿進行捕獲，通過對方波信號兩次上升沿的捕獲可以得到交流信號的周期，通過軟件倍頻，將12. SkHz的采樣頻率送至AD7656數(shù)據(jù)采集模塊作為采樣模塊的采樣頻率；
2)DSP數(shù)字信號處理芯片根據(jù)步驟1)中捕獲的方波信號，獲得電網(wǎng)A相電壓的相位角，按照正序定義得到三相電壓的相位角，取電網(wǎng)電壓的單位向量為參考量，即幅值為1、相位角不變；
3)根據(jù)FBD算法的瞬時功率定義，利用系統(tǒng)采集到的負(fù)載電流和電壓參考量，計算出瞬時有功電導(dǎo)和瞬時無功電導(dǎo)，再經(jīng)過滑動積分進行濾波得到基波電流對應(yīng)的有功直流量和無功直流量；
4)然后將直流量和電壓的參考量相乘，得到三相正序基波電流；通過比較系統(tǒng)采集的電網(wǎng)電流和計算后的正序基波電流，當(dāng)幅值之差小于或等于補償閾值時，將負(fù)載電流和基波電流相減，得到諧波電流和無功電流之和，否則，重復(fù)2)、3)。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明一種電流諧波檢測系統(tǒng)及工作方法，解決了傳統(tǒng)電流諧波方法的檢測延時大、電流尖刺干擾等問題，能夠讓有源電力濾波器可以快速準(zhǔn)確地檢測出電網(wǎng)諧波，進行諧波治理和無功補償，極大地提高了電網(wǎng)對非線性負(fù)載的供電質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明電流諧波檢測系統(tǒng)原理框圖2為本發(fā)明電流諧波檢測系統(tǒng)改進FBD算法軟件流程圖。
具體實施例方式如圖1所示系統(tǒng)原理圖，本發(fā)明包括兩個電流互感器5、8、一個電壓傳感器2、過零比較電路3、前置濾波電路9、AD數(shù)據(jù)采集模塊10、DSP數(shù)字信號處理芯片6。考慮數(shù)字計算處理能力，DSP芯片選用美國TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片。為了提高采樣精度，系統(tǒng)并未選用TMS320F2812內(nèi)部集成的12位的ADC模塊，AD數(shù)據(jù)采集模塊10而是使用了 AnalogDevice公司生產(chǎn)的AD7656芯片對信號進行采樣。為了避免鎖相環(huán)的失鎖現(xiàn)象，系統(tǒng)設(shè)計了過零檢測電路，通過檢測A相相電壓1的零相位點，觸發(fā)AD數(shù)據(jù)采集模塊10AD7656開始采樣，能獲得較高精度的實時數(shù)據(jù)。通過電壓傳感器檢測A相相電壓1，電壓傳感器2獲得與A相相電壓1幅值較小且相位相同的正弦波信號，經(jīng)過零檢測電路3后得到幅值為5V、頻率和正弦波信號相同的50Hz方波信號。再將該方波送至DSP數(shù)字信號處理芯片6的捕獲口，對其上升沿進行捕獲。通過對方波信號兩次上升沿的捕獲可以得到交流信號的周期，通過軟件倍頻，將12. SkHz的采樣頻率送至AD7656數(shù)據(jù)采集模塊10作為采樣模塊的采樣頻率，保證各路采樣信號的同步性。三相負(fù)載電流4和電網(wǎng)電流7流入兩個電流互感器5、8信號測量電路后進入前置濾波電路9濾波后送入AD數(shù)據(jù)采集模塊10AD7656芯片進行采樣。再經(jīng)過信號調(diào)理，送入DSP數(shù)字信號處理芯片6。如圖2所示改進FBD算法軟件流程圖，在DSP數(shù)字信號處理芯片6中，將上述數(shù)據(jù)作為改進FBD算法的輸入數(shù)據(jù)進行計算。首先，根據(jù)捕獲的方波信號，獲得電網(wǎng)A相電壓1的相位角，按照正序定義得到三相電壓的相位角。取電網(wǎng)電壓的單位向量為參考量，即幅值為1、相位角不變。接著，根據(jù)FBD算法的瞬時功率定義，利用負(fù)載電流和電壓參考量，計算出瞬時有功電導(dǎo)和瞬時無功電導(dǎo)，再經(jīng)過滑動積分進行濾波得到基波電流對應(yīng)的有功直流量和無功直流量。然后將直流量和電壓的參考量相乘，得到三相正序基波電流。通過比較電網(wǎng)電流和正序基波電流，當(dāng)幅值之差小于或等于補償閾值時，將負(fù)載電流和基波電流相減，得到諧波電流和無功電流之和，否則，重復(fù)上述過程。 本發(fā)明將準(zhǔn)確快速的FBD算法和高性能的數(shù)據(jù)處理能力相結(jié)合，減小了傳統(tǒng)檢測方法的延時問題，明顯地提高了檢測的精度和速度，較好地增強了系統(tǒng)的實時計算能力。本發(fā)明硬件電路簡單可靠、實時性能好，軟件系統(tǒng)精度高計算速度快，方便應(yīng)用于三相系統(tǒng)和非三相系統(tǒng)，具有很強的工程應(yīng)用性。
權(quán)利要求
1.一種電流諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括兩個電流互感器、一個電壓傳感器、過零比較電路、前置濾波電路、AD數(shù)據(jù)采集模塊、DSP數(shù)字信號處理芯片，負(fù)載電流和電網(wǎng)電流分別經(jīng)過兩個電流互感器后，分別通過兩條信號線與前置濾波電路相連，前置濾波電路通過單總線與AD數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端口相連，電網(wǎng)A相電壓經(jīng)過電壓傳感器，通過單路信號線與過零比較電路相連，AD數(shù)據(jù)采集模塊與過零比較電路的輸出接DSP數(shù)字信號處理芯片輸入端口，DSP數(shù)字信號處理芯片輸出采樣頻率信號到AD數(shù)據(jù)采集模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電流諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP數(shù)字信號處理芯片選用美國TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812芯片，AD數(shù)據(jù)采集模塊選用Analog Device公司生產(chǎn)的AD7656芯片。
3.一種電流諧波檢測系統(tǒng)工作方法，包括電流諧波檢測系統(tǒng)，其特征在于，具體包括如下步驟1)通過電壓傳感器檢測A相相電壓，電壓傳感器獲得與A相相電壓幅值較小且相位相同的正弦波信號，經(jīng)過零檢測電路后得到幅值為5V、頻率和正弦波信號相同的50Hz方波信號，再將該方波送至DSP數(shù)字信號處理芯片的捕獲口，對其上升沿進行捕獲，通過對方波信號兩次上升沿的捕獲可以得到交流信號的周期，通過軟件倍頻，將12. SkHz的采樣頻率送至AD7656數(shù)據(jù)采集模塊作為采樣模塊的采樣頻率；2)DSP數(shù)字信號處理芯片根據(jù)步驟1)中捕獲的方波信號，獲得電網(wǎng)A相電壓的相位角，按照正序定義得到三相電壓的相位角，取電網(wǎng)電壓的單位向量為參考量，即幅值為1、相位角不變；3)根據(jù)FBD算法的瞬時功率定義，利用系統(tǒng)采集到的負(fù)載電流和電壓參考量，計算出瞬時有功電導(dǎo)和瞬時無功電導(dǎo)，再經(jīng)過滑動積分進行濾波得到基波電流對應(yīng)的有功直流量和無功直流量；4)然后將直流量和電壓的參考量相乘，得到三相正序基波電流；通過比較系統(tǒng)采集的電網(wǎng)電流和計算后的正序基波電流，當(dāng)幅值之差小于或等于補償閾值時，將負(fù)載電流和基波電流相減，得到諧波電流和無功電流之和，否則，重復(fù)2)、3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流諧波檢測系統(tǒng)及工作方法，負(fù)載電流和電網(wǎng)電流分別經(jīng)過兩個電流互感器后，分別通過兩條信號線與前置濾波電路相連，前置濾波電路通過單總線與AD數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端口相連，電網(wǎng)A相電壓經(jīng)過電壓傳感器，通過單路信號線與過零比較電路相連，AD數(shù)據(jù)采集模塊與過零比較電路的輸出接DSP數(shù)字信號處理芯片輸入端口，DSP數(shù)字信號處理芯片輸出采樣頻率信號到AD數(shù)據(jù)采集模塊。解決了傳統(tǒng)電流諧波方法的檢測延時大、電流尖刺干擾等問題，能夠讓有源電力濾波器可以快速準(zhǔn)確地檢測出電網(wǎng)諧波，進行諧波治理和無功補償，極大地提高了電網(wǎng)對非線性負(fù)載的供電質(zhì)量。
文檔編號G01R19/25GK102565523SQ20121000767
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者單冠華, 王曉丹, 王月曉, 肖川, 馬立新 申請人:上海理工大學(xué)