基于ip_iq算法检测电力谐波的Simulink仿真研究

1、 计算机工程应用技术本栏目责任编辑:贾薇薇Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第21期(2009年7月基于ip-iq 算法检测电力谐波的Simulink 仿真研究蒋向辉(柳州职业技术学院,广西柳州545006摘要:随着电力电子技术的发展,电网中的谐波污染越来越严重,已成为电网中的“公害”,对电网谐波进行检测与研究是限制、消除谐波危害的前提。本文在分析了国内外谐波检测技术的现状和发展方向的基础上,研究了电力谐波的基础理论和检测算法。重点对ip-iq 检测算法的理论和实现进行了详细的探讨,并用Matlab/Simulink 软件对此检测算法进行了

2、仿真分析。关键词:谐波检测;ip-iq 算法中图分类号:TP391.9文献标识码:A 文章编号:1009-3044(200921-5885-02Research on ip-iq Detection Algorithm and Simulink Detection AlgorithmJIANG Xiang-hui(Liuzhou Vocational &Technical College,Liuzhou 545006,ChinaAbstract:With the power of the development of electronic technology,harmonic polluti

3、on in electrical power system becomes more and more serious,has become the network of public hazard,a consequence to monitor and study power network is a premise to confine and eliminate.Based on the analysis of harmonic detection technology at home and abroad on the status and development direction

4、 of the foundation,Power harmonics of the basic theory and the detection algorithm.Focus on ip-iq detection algorithm to achieve the theory and a detailed discussion,using Matlab/Simulink software this detection algorithm,a simulation.Key words:Harmonic Detection;ip-iq Algorithm1引言谐波检测算法是谐波检测的核心环节,谐

5、波检测算法正向智能化、多功能实用化发展,谐波检测效果向高精度、高速度和实时性好的方向发展,现有方法中检测精度高则速度慢,检测速度快则精度低或实时性不好。故必须研究新的谐波特性辨识方法和数学方法,以满足高精度测量的要求。本文的目的是通过i p -i q 算法研究,获得一个时滞性小,去噪声能力强,精度高的谐波检测算法。2i p -i q 检测算法分析根据H.Akagi 的瞬时功率理论。假设三相电网电压对称无畸变,三相电路各相电压的瞬时值分别为e a 、e b 、e c ,幅值为E ,各相电流的瞬时值分别为i a 、i b 、i c 通过三相至两相的坐标变换,把它们变换到-两相正交的坐标系中,即:(

6、2.1定义三相瞬时无功功率q(瞬时有功功率p为电压矢量e 的模和三相电路瞬时无功电流i q (三相电路瞬时有功电流i p 的乘积。即:(2.2再通过-坐标abc 坐标的变换,即可得到对应的三相电网电流分量:(2.3综合式(2.2和式(2.3,可得:(2.4这样可以得到结论:变换前后功率不变且电压和电流取同一变换矩阵的情况下,变换矩阵的逆与其转置相等。虽然,H.Akagi 的瞬时功率理论的i p -i q 算法是在假设电网为对称正弦波的条件下推导出来的,实际上,当电网电压出现不对称或发生畸变的情况下,采取一定的措施,i p -i q 算法同样可准确地测出不同的电流分量。收稿日期:2009-04-

7、15作者简介:蒋向辉(1973-,男,广西桂林人,柳州职业技术学院讲师,工学硕士,主要从事电力电子技术方面的教学与研究。ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology本栏目责任编辑:贾薇薇计算机工程应用技术Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术第5卷第21期(2009年7月3i p -i q 算法的实现实际电网中的三相电压通常不对称且有畸变,i p -i q 检测法其 原理如图1所示。为了保证检测的精度,选用高性能的四象限模拟乘法器芯片。由于i p -i q 法畸变电压的谐波成分在运算过程中不出现,因而

8、检测结果不受电压波形畸变的影响。在实际的工程应用中,按预定的采样频率,对正弦和余弦函数建表,存储在微处理器的程序存储器中,在新的采样时刻到来之前,计算准备好要用到的正余弦值。查表法显著的优点是数据采样和PWM 脉宽生成的时基相同,不存在非同步问题,而且外部硬件电路简单、可靠性高、计算速度快。4i p -i q 算法的仿真 根据i p -i q 算法实现的原理,建立Matlab/Simulink 仿真模型如图2所示。在图2所示的仿真模型中,低通滤波器LPF 的截止频率设计为30Hz 。有功直流分量i p-。和无功直流分量i q-经过变换可以得到三相基波电流iaf 、ibf 、icf ,它们分别与

9、被检测电流相减即可以得到三相谐波电流iah 、ibh 、ich 。在图2的仿真模型中,三相基波iaf 、ibf 、icf 是由有功和无功直 流分量i q-、i p-共同转换计算得来的,因此谐波电流即包含了有功分量也包含了无功分量,最后的输出只有谐波电流。如果要检测谐波电流和基波无功电流,则可以在模型中将无功直流分量断开,只由有功直流分量进行计算。计算出的iaf 、ibf 、icf 只含有有功分量,与被检测的三相电流相减后得到iah 、ibh 、ich ,即为包含谐波电流和 基波无功电流。5仿真结果及结论模型接入容性负载中,电网频率选择50Hz ,每个周期采样256个点,得到的仿真结果如图3、图4、图5所示。由仿真可以看出,将i p -i q 算法和广义3/2变换变换相结合可 以准确检测出三相电流的基波正序有功、正序无功、负序、零序分量,动态时间大约是0.02秒。参考文献:1杨泽斌,谭轮龙.电力系统谐波电流实时检测方法的研究J.电测与仪表,2006(10:19-21.2吴勇,万淑芸.谐波和无功电流检测的Matlab 仿真研究J.2005(5:28-35.3ChoiS S,Jia X M.Coordinated design of underexcitation limit