本发明涉及一种谐波电流计算方法，具体涉及一种dq旋转坐标系下谐波电流计算方法。

背景技术：

自20世纪七十年代起，电网中的晶闸管、二极管整流器、变频器、电气化铁路及各种电力电子设备用量不断增加，这些设备相对于电网来说都是非线性和时变负载，从而导致电网的电能质量受到了严重影响，产生了诸如谐波污染、电压波动及不平衡等电能质量问题，因此，对电网进行谐波抑制进而提高电能质量已成为研究热点；有源滤波(Active Power Filter，APF)装置作为一种能够动态抑制谐波的新型电力电子装置，凭借其实时性好、动态响应速度快、体积小、重量轻等特点，受到了广泛关注；其中，并联电压源型的有源电力滤波器凭借其优良的电气特性备受学术界关注，而谐波检测算法和电流控制系统的设计是有源电力滤波器研究的两大课题；三相三线制下的并联型有源滤波器，有源电力滤波器APF与非线性负载并联运行；其通过相应的谐波及功率检测控制，检测出负载电流中的谐波以及需要补充的无功，然后通过APF使其提供等值反相位的补偿电流ic，来消除非线性负载造成的谐波污染以及无功分量，从而达到使网侧电流正弦且与电压同相位的目的；由于网侧电流谐波频率远高于基频，采用传统的直接进行旋转变换会丢失谐波信息，因此APF通常无法全部在dq旋转坐标系下进行控制，传统的APF预测电流控制方法如图1所示；传统的APF控制方法包括两部分：(1)电流解耦控制部分，电流解耦控制部分用于实现APF直流侧电压稳定以及非线性负载产生无功功率的补偿，可以在dq旋转坐标系实现；(2)预测谐波电流控制，预测谐波电流控制部分实现非线性负载产生的谐波电流的抵消，传统方法只能在静止坐标系下实现；这两部分在叠加后产生最终的调制电压，实现APF的最终控制目标；可见传统APF控制方法无法实现dq旋转坐标系下谐波电流的计算。

技术实现要素：

本发明提供一种dq旋转坐标系下的谐波电流计算方法。

本发明针对有源电力滤波器APF在电网电压不发生畸变的应用场合，可以为实现完全的dq电流解耦的APF控制提供可能。

本发明采用的技术方案是：一种dq旋转坐标系下谐波电流计算方法，包括以下步骤：

A、获取电网电压和非线性负载电流，将其进行变换得到静止坐标系相应电压分量和负载电流分量；

B、通过等矢量变换下有功功率和无功功率计算公式计算非线性负载的瞬时功率；

C、根据功率守恒和等矢量变换得到包含谐波分量的非线性负载电流的dq旋转坐标系分量；

D、将步骤C中得到的电流滤波后得基波电流分量，非线性负载电流的dq旋转坐标系分量分别减去基波电流分量即可得到dq旋转坐标系下谐波电流分量。

进一步的，所述电网包括三相电网和单相电网。

进一步的，三相系统情况下包括以下步骤：

A、获取电网电压ua、ub和三相非线性负载电流ila、ilb、ilc，将其进行三相-两相变换，得到αβ静止坐标系下的电压分量uα、uβ和负载电流分量ilα、ilβ；

B、根据等矢量变换下有功功率p和无功功率q计算非线性负载的瞬时功率，计算方法如下：

旋转变换得到dq旋转坐标系下的电压分量ud、uq：

式中：为电网电压相位角；

C、根据功率守恒和等矢量变换得到包含谐波分量的非线性负载电流的dq旋转坐标系分量ild、ilq：

式中：um为电压矢量幅值，

D、将步骤C中得到的电流滤波后得基波电流分量ildb、ilqb，非线性负载电流的dq旋转坐标系分量分别减去基波电流分量即可得到dq旋转坐标系下谐波电流分量ildh、ilqh：

进一步的，单相系统情况下包括以下步骤：

A、获取电网电压us和非线性负载电流il，分别将电压和电流平移90°得到αβ静止坐标系下的电压分量uα、uβ和负载电流分量ilα、ilβ；

B、根据等矢量变换下有功功率p和无功功率q计算非线性负载的瞬时功率，计算方法如下：

C、根据功率守恒和等矢量变换得到包含谐波分量的非线性负载电流的dq旋转坐标系分量ild、ilq：

式中：um为电压矢量幅值，

D、将步骤C中得到的电流滤波后得基波电流分量ildb、ilqb，非线性负载电流的dq旋转坐标系分量分别减去基波电流分量即可得到dq旋转坐标系下谐波电流分量ildh、ilqh：

本发明的有益效果是：

(1)本发明可实现dq旋转坐标系下谐波电流的分量计算；

(2)本发明为实现完全的dq电流解耦的APF控制提供可能。

附图说明

图1为三相三线制下的并联型有源滤波器的系统结构示意图。

图2为传统APF预测电流控制算法原理示意图。

图3为三相系统计算dq轴谐波电流的计算方法流程示意图。

图4为单相系统计算dq轴谐波电流的计算方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种dq旋转坐标系下谐波电流计算方法，包括以下步骤：

A、获取电网电压和非线性负载电流，将其进行变换得到静止坐标系相应电压分量和负载电流分量；

B、通过等矢量变换下有功功率和无功功率计算公式计算非线性负载的瞬时功率；

C、根据功率守恒和等矢量变换得到包含谐波分量的非线性负载电流的dq旋转坐标系分量；

D、将步骤C中得到的电流滤波后得基波电流分量，非线性负载电流的dq旋转坐标系分量分别减去基波电流分量即可得到dq旋转坐标系下谐波电流分量。

实施例1

如图1和图3所示，三相系统情况下包括以下步骤：

A、获取电网电压ua、ub和三相非线性负载电流ila、ilb、ilc，将其进行三相-两相变换，得到αβ静止坐标系下的电压分量uα、uβ和负载电流分量ilα、ilβ；

B、根据等矢量变换下有功功率p和无功功率q计算非线性负载的瞬时功率，计算方法如下：

利用锁相环获得电网电压相位角静止坐标系电压uα、uβ通过旋转变换得到dq旋转坐标系下的电压分量ud、uq：

式中：为电网电压相位角；

C、根据功率守恒和等矢量变换得到包含谐波分量的非线性负载电流的dq旋转坐标系分量ild、ilq：

式中：um为电压矢量幅值，

D、将步骤C中得到的电流滤波后得基波电流分量ildb、ilqb，非线性负载电流的dq旋转坐标系分量分别减去基波电流分量即可得到dq旋转坐标系下谐波电流分量ildh、ilqh：

下面介绍实施例1的硬件实现，在三相三线制下的并联型有源滤波器的系统中，电源通过线路阻抗为非线性负载供电，APF与非线性负载并联运行；本发明是位于核心控制器并结合相应的传感器实现的，电压传感器负责采集电压信号ua、ub、uc，并输入至控制器模拟数字转换口，将模拟信号转换为数字信号；电压传感器信号为锁相环的输入信号，利用锁相环获取电网侧电压的相位信息；电流传感器获取非线性负载的电流信息ila、ilb、ilc，在核心控制器内编写锁相环的代码(可采用常规的锁相环、基于SOGI的锁相环等等)，并利用功率守恒的原理，计算出非线性负载dq旋转坐标系下的电流分量，进而得到非线性负载谐波电流的dq轴分量。

实施例2

单相系统情况下包括以下步骤：

A、获取电网电压us和非线性负载电流il，分别将电压和电流平移90°得到αβ静止坐标系下的电压分量uα、uβ和负载电流分量ilα、ilβ；通过传感器采集电网电压信号us和非线性负载电流il；

B、根据等矢量变换下有功功率p和无功功率q计算非线性负载的瞬时功率，计算方法如下：

C、根据功率守恒和等矢量变换得到包含谐波分量的非线性负载电流的dq旋转坐标系分量ild、ilq：

式中：um为电压矢量幅值，

D、将步骤C中得到的电流滤波后得基波电流分量ildb、ilqb，非线性负载电流的dq旋转坐标系分量分别减去基波电流分量即可得到dq旋转坐标系下谐波电流分量ildh、ilqh：

本发明在电网电压没有畸变的环境中，控制系统通过电压传感器获得电网电压信息及相位信息，利用电流传感器获得非线性负载电流信号，然后利用不同坐标系下功率守恒，计算出非线性负载dq坐标系下的电流分量，进而得到dq坐标系下的谐波电流分量；可以计算出dq旋转坐标系谐波电流的分量，从而为APF提供新型控制算法。