一种基于DSP的单相电路谐波电流实时检测方法.pdf

务I 造 訇 矽化 一 种基于DS P 的单相电路谐波电流实时检测方法 A no v el har m onic cur r ent s det ect ion m et h od f or singl e phas e cir cuit bas ed on DSP 曹健 许胜 CAO J i a n XU Sh e n g 泰州师范高等专科学校 泰州 2 2 5 3 0 0 摘要 本文提出一种新型单相电路谐波与无功电流的实时检测方法 该方法通过构造不对称的三相 电流系统 并运用c t 9 0 同步坐标变换 即可实时获得该单相电流包含谐波 无功分量在内的相 关信息 理论分析和实验结论表明 相比较基于构造三相对称或两相正交系统的单相电路谐 波检测方法 该方法消除了由于移相存在的至少9 0 延时 具有较快的动态响应速度 关键词 单相电路 谐波 无功 电流检测 中图分类号 T M4 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 1 2 上 一 0 0 8 2 0 4 D o i 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 2 1 2 E 2 6 0 引言 有源 电力 滤波器 Ac t iv e P o we r F il t e r AP F 是一种应用前景广 阔的谐波治理装置 而谐 波电 流检测是 有源 电力滤波器 的关 键技术 1 9 8 4年 日本学者 HA k a g i等提出了著名的三相电路瞬时无 功功率理论 u 将该方法运用于三相 电路的谐波 无功 电流检 测中 具有较好的应用效果 而对于 单相电路的谐 波电流检测 至今还没有一种公认 的较为成熟 的方法 因此 单相 A P F谐波电流检 测方法的研 究一直是 国内外众多学者关注 的一个 热点 目前 虽然 已经提 出了多种有源 电力滤波器 单相电路谐波电流检测方法 2 4 6 但实际工程 中 由于实现简单 效 果明显 运用较多的还 是基 于 瞬时无功功率理论 的单相电路谐波电流检测方法 总结起 来 主要存 在两种 方法 一种是构 造法 即构造三相对称 系统 或两相正交 系统 再运用三 相瞬时无功功率理论完成谐波的检测 此种 方 法在构造三相或两相系统时存在至少 9 0 相移 另 外一种方法 又称为单相瞬时无功功率理论 的检 测方法 j 此方法相 比较于前一种方法 算 法简 单 但在电源电压 发生畸变时 该方法的检测精 度明显降低 J 因此 为了克服现有通过构造三相对称或两 相正交 系统的基 于三相瞬时无功功率理论的单相 电路谐波检测方法存在延时的缺点 文章提出 了 一 种新型单相电路谐波电流的实时检测方法 1 新型单相电路谐波无功 电流实时 检测方法 为了便于分析 设 电网电压 U 为 s c o s c o l 1 另设 负载电流为 i 4 2 z c o s n o t 2 式中 为 n次电流谐波有效值 为 n次 电 流谐波初相角 为基波角频率 构造三相不对称电流 c o s 一 3 i e 0 由式 3 可见 所构造三相电流系统 的特 点 在于 一相为 0 另外两相波形相反 因此 所构 造三相系统相 比较于单相系统不存在延时 运用 d q 0同步坐标变换 将式 3 中的三相 电压从 a b c坐标系变换到 d q 0坐标系中 下面按照 同步坐标的旋转方向分为两个部分分析问题 1 同步坐标逆时针旋转 由于三相电流之和为 0 即不存在零序分量 定义变换矩阵为 C 为 2 1 c o s co t c o s co t 一 1 2 0 c o s co t 1 2 0 l 乙 1 一 l l 3 I s i n co t 一 s i n co t 一 1 2 0 一 s i n co t 1 2 0 l 收稿日期 2 0 1 2 0 7 一l 1 基金项目 江苏省 青蓝工程 项 目资助 2 0 0 8 0 1 0 1 作者简介 曹健 1 9 7 5 一 男 江苏姜堰人 硕士 讲师 研究方向为嵌入式系统与工业控制 8 2 1 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 1 2 上 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 匐 秒 变换后 d q O坐标系中的电流分量为 将式 8 中的直流分量定义为 喜 cos n 1 co t o 30 n l si n n 1 co t o 30 将式 4 中的直流分量定义为 5 cos 1 30 f 5 事实上 上式中的i i 即为电流基波正序有 功和无功分量 证明如下 以基波电流为例 其 他次数谐波 电流分析原理相同 根据式 3 可将三相电流基波向量描述为 l I l Z O 1 b 1 I 1 Zc 1 8 0 c 1 0 则 根 据对 称 分量法 可求得三相 电流的正序分量 1 1 口 1 1 1 l 一 3 0 6 上述过程可参考图 1 图1 对称分量法求取基波电流 向量 图 显然 图中 分别代表基波 电流正序 有功 无功分量 结合式 5 6 以及图 1 存在下面关系 搬 7 上述 倍关系是由于 包含了幅值信息 可 见 将 式 7 所 示 同步坐 标 系上 的 电流通 过 L P F低通滤 波器滤除交流分量 可获得所构造三 相电流的基波正序有功和无功分量 即i 和i 2 同步坐标顺时针旋转 此时变换矩阵为 C 为 2 l c o s c o t c o s co t 4 1 2 0 c o s co t 一 1 2 0 l 乙 1 一 I l 3 I s i n c o t s i n co t 1 2 0 s i n co t 一 1 2 0 l 变换后 d q 0坐标系中的电流分量为 3 n l L c o s n 1 c o t o 3 0 3 n I n si n n 1 cot o 30 2 l 6 r l c o s l 3 0 I I I 一3 l s i n q 3 0 l 9 上式 中的 为电流基波正序有功和无功分 量 限于篇幅 证明过程略 同 1 图 2为基于构造三相不对称 系统 的单相 电路 基波电流检测原理 建毒 图2新型单相 电路基波 电流检测原理 图 2中 C C 2 分 别为 C 的逆变 换 i i 分别为基波正序和基波负序分量 i 为基波 电流 参照图 2 一方面 改变 同步旋转速度 可 以获取不 同次数的谐波 电流分量 另一方面 将 i 从 i中剔除 即可获得谐波 电流分量 此外 如 需同时检测谐 波 无功 电流 将通道 i i 断开 再将 i 从 i 中剔除即可 由上述分析可发现 由于在构造三 相不对称 电流时 不存在 相位移 相比较与构造三 相对称 电流或两相 电流的检测方法 避免 了至少 9 O 的 相移 因而具有较快的响应速度 2 基于D SP 的单相电路谐波电流检 测的实现方法 为 了确保 谐 波 电流 检 测算 法 实现 的速 度 和 精 度 文章采 用 T I 公 司最 新一代 浮点 DS P芯 片 T MS 3 2 0 F 2 8 3 3 5作为 控制器 内核 与 以往 的定 点 DS P相 比 该器 件 的精度 高 成本 低 功 耗小 性能高 外设集成度高 数据以及程序存储量大 A D转换更精确快速等特点 主要完成数据的 AD 转换 谐波检测算法 控制算法以及 P WM 触发脉 冲生成等相关工作 如图 3所示 其 中包括 1 数据采集模块 完成数据的A D转换与存 储 采用 F 2 8 3 3 5 1 6通 道 1 2位 ADC模块 该 模 块 A D转换精确高 速度快 转换时间为 8 0 n s 2 谐波检测模块 完成文章所提基于构造三 相不对称 系统的单相谐波电流检测算法 参考 图 第3 4 卷第1 2 期2 0 1 2 1 2 上 8 3 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m l 甸 化 流基本接近 正弦波 图中毛刺对应谐 波电流 中骤 升骤降之 处 谐波 电流变化率太大而装置容量有 限的矛盾导致了毛刺的产生 V 厂 广 一 八 八八 小 八 n I 图6 谐 波补偿 实验波形 4 结论 文章所提单相 AP F等单相电路谐波与无功电 流检测方法 通过构造两相相反 一相为零的三 相不对称 系统 运用 d q 0同步坐标 变换 实时获 得该单相 电路 的谐波 无功电流 理论分析 与仿 真与实验结果显示 该方法 相比较于基 于构造 三相对称或两相正交系统的瞬时无功功率检测方 法 避免 了至少 9 0 相移 从而提高 了谐波无功 电流检测的动态响应速度 参考文献 1 H Ak a g i Y K a n a z a wa A Na b a e I n s t a n t a n e o u s r e a ct i v e p o we r co mp e n s a t o r s co mp r is in g s wit ch in g d e v ic e s wit h o u t e n e r g y s t o r a g e co mp o n e n t s J I E E E T r a n s o n I n d Ap p l 1 9 8 4 2 0 3 6 2 5 6 3 0 2 S L u o Z Ho u An a d a p t i v e d e t e ct i n g me t h o d f o r h a r mo n ic a n d r e a ct iv e C u r r e n t s J I E E E T r a n s a ct io n s o n I n d u s t r ia l E l e ct r o n ics 1 9 9 5 4 2 1 8 5 8 9 3 王群 周雒维 吴宁 一种基于神经网络的自适应谐波电 流检测法 J 重庆大学学报 自然科学版 1 9 9 7 2 0 5 6 1 1 4 戴瑜兴 张义兵 陈际达 检测单相系统谐波电流和无功 电流的一种新方法 J 电工技术学报 2 0 0 4 l 9 2 9 5 9 7 5 杨君 王兆安 邱关源 单相电路谐波及无功电流的一种 检测方法 J 电工技术学报 1 9 9 6 l 1 3 4 2 4 6 6 蒋斌 颜钢锋 赵光宙 单相电路瞬时谐波及无功电流实 时 检测新方法 J 电力系统 自动 化 2 0 0 0 1 1 1 0 3 5 3 9 7 李白成 孙玉坤 朱志萤 两种基于瞬时功率理论的单 相电路 谐波 电流检测方 法的 比较研究 J 电测 与仪 表 2 0 0 9 4 6 5 2 4 3 3 3 7 蠡 岛 岛 蠡 国 岛I 蠢 品 妇 蠢 岛 蠡 j岛 出 重 盘 蠡 上接第7 7 页 员无 法操作 操作 空间狭小等缺陷 保证产 品研 制过程 的正确性 7 虚拟展示 在展会 以及产 品发布会上 越来越 多的厂家 应用虚拟现实技术进行产品的推广或者是将三维动 画技术应用于产品广告当中 随着技术的发展 模 型越来越精致 细节越来越完整 生动且直观 给 人很强的视觉冲击力 通过数字头盔或者是数字手 套 人们能更加沉浸在虚拟环境中 代入感更强 4 结论 虚拟制造 是一项 蓬勃发展 的技术 是新时 代创新 领域 的代 表性 作品 它在本质和原理上实 现 了制造 的全过程 立足于仿真 但又不 同于单 项 的仿真技 术 它是 多种技 术的综合 产物 它可 以从产品的研发端入手 贯 穿设计 制造 装配 物流等全过程 提高产 品的质量 提升企业的效 益 有效的帮助企业和个人进行决策 通过 1 9年 的发展 虚拟 制造技 术取得 了巨大 的进步 随着 互联 网技 术的进一步发展 虚拟制造技术必将取 得长足的发展和更辉煌的成就 参考资料 1 Wi e n s G J An o v e r v ie w o f v ir t u a l ma n u f a ct u t r in g A P r o ce e d in g s o f t h e 2 n d Ag il e M a n u f a ct u r in g Co n f e r e n ce AMC 9 5 Al b u q u e r q u e Ne w Me x ico US A E RI P r e s s 1 9 9 5 2 3 3 2 4 3 2 肖田元 等 虚拟制造结构化研究 J 计算机集成制造系 统 2 0 0 1 3 3 6 3 9 3 VM Us e r Wo r k s h o p Rcp o r t R O ct o b e r 2 5 2 6 1 9 9 4 Da y t o n S t o u ffe r Ho t e l Co mp il e d a n d Ed it e d b y