一种谐波与无功电流检测方法的探讨
由此可得三相锁相环的框图,如图3所示。
为达到跟踪电网频率的效果,设usq*=0,将其与实际usq求差得到误差量。考虑电网电压波形畸变引入的交流量,将误差经过环路滤波器CPLL的滤波和调节,可得角频率的调节量ωcon。实际应用中,误差量需滤除的分量为基波及以上谐波,故截止频率约为10 Hz。
应用Matlab/Simulink搭建模型进行仿真分析。设置仿真条件:初始频率为50 Hz,包含20%的5次谐波(其他次谐波的效果相同);在0.2 s改变频率为51 Hz,包含20%的5次谐波。
由图4仿真结果可见,电网电压us畸变严重,且在0.2 s发生了相位突变,但锁相环信号uPLL在3~4个电网周期后即可准确跟踪电网电压相位。仿真结果表明,该三相锁相环效果显著,不仅能准确跟踪含有谐波的电网波形,在电网频率发生较大偏移时,仍能快速进行跟踪。
实际应用中,用程序实现三相锁相环时,一般采用固定定时器的循环计数来产生同步信号,因此可通过改变最大循环计数值的方法以改变同步信号的频率和相位。设固定定时器的周期为T,电网频率为额定值ωff时,对应的循环计数值Npr=2π/(ωffT);当频率变化为ωcon+ωf f时,由于T不变,得到的最大计数值Nmax=Nprωff/(ωcon+ωff)。
5 仿真分析及实验验证
仿真设定的条件是三相不可控整流负载,在0.3 s时突然增大负载电流。其负载电流iL、有功电流ip及检测得到的谐波电流ih波形如图5a所示。
由图可见,该方法具有很好的精确性,能较快跟踪谐波和无功电流的变化,且在负载电流发生突变的情况下仍能快速跟踪,为APF提供精确实时的指令信号。
搭建采样电路,采用TMS320F2812芯片作为控制器,外置16位的A/D采样芯片AD7656进行电流电压信号的采样,通过程序实现谐波检测算法,得到需要补偿的谐波电流。实验结果验证了该方法的可行性和准确性。实验采用DSP开发软件CCS3.3进行编程及对采样数据进行分析计算,图5b示出采样得到的负载电流和计算得到的谐波电流波形,由图可见,谐波检测准确。
6 结论
提出了一种谐波与无功电流检测方法,该算法无需复杂的矩阵变换,检测速度快,可为有源电力滤波器提供了快速准确的谐波与无功电流指令,为其治理奠定了基础。
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