基于波形畸变的最小模型检测方法

1．有功电流分离检测法

图5.17为基于有功电流分离检测法的最优补偿电流检测电路。假设负载端口电压和电流波形为

式中，ψf为负载的接线角。图中Cf为旋转因子矩阵，与负载端口接线角有关。Cf、分别为

图5.17　最优补偿电流有功分离检测法

如果同相供电接线方式一定，如以图3.8（a）单台变压器同相AT供电类型为例，等效星形电压为参考，那么负荷的接线角ψf=-3 0°为确定值，这时Cf为确定的常数矩阵。

if（t）与sin（ω t-ψf）乘积可得

式（5.76）中，为交流量，经低通滤波器滤波后可得到直流量，所以图中各量依次为

将式（5.79）与式（4.72）相比，可知iph（t）就是牵引侧最优补偿下期望补偿电流。

上述检测原理对任何一种接线方式的同相牵引供电系统都使用。

这种检测方法运算量与负载接线角有关，如果选择参考电压或接线角，使ψf=0，Cf为单位矩阵，这时又可以减小运算量。这种检测方法的缺点是需要锁相环电路，且只能检测最优补偿电流。

对于图5.17若去掉方框，就可以用于两相系统检测。

2．等效虚拟三相法

基于瞬时无功功率理论检测单相电路谐波与无功电流时，需要构造三相，存在构造延时，而等效虚拟三相方法解决了这一问题。该方法同样能用于同相供电系统补偿电流检测。

以图3.8（a）单台变压器同相AT供电类型为例，根据等效虚拟三相四线原理，如5.2.2节所示。假定负载端口电压和电流如式（5.32）所示，即uf（t）=us（t），if（t）=is（t），令ua（t）=uf（t）、ia（t）=3if（t）、ib（t）=ic（t）=0，并作用于图5.2，此时图5.2中如式（5.36）所示。若断开通道则

式（5.80）中iaf（t）、icf（t）、ibf（t）恰好就是三相正序有功电流，所以图5.2检测电路输出iah（t）、ich（t）、ibh（t）就是变压器三角侧绕组期望补偿电流。由星三角关系可求得三角侧三相线期望补偿电流。等效虚拟的方法有多种，根据不同的等效虚拟方法，可以构造多种最优补偿电流检测电路。

这种检测方法的特点是：

（1）期望补偿电流检测电路与单相系统、三相系统谐波与无功电流检测电路完全相同，这时可实现单相、三相和同相供电系统谐波、无功和期望补偿电流检测的统一，给实际应用带来方便。

（2）由于采用了等效虚拟方法，省去了三相构造环节，避免了构造三相带来的问题。

（3）与有功分离检测方法相比电路复杂。

（4）需要锁相环电路，并只能检测最优补偿电流。(www.xing528.com)

3．考虑补偿度的检测方法

以上两种检测方法仅使用于最优补偿电流的检测，如果要检测满意补偿电流，则需要分别检测出正序基波有功电流、正序基波无功电流、基波负序电流和谐波电流[104，106]。根据式（4.101）可画出满意模型期望补偿电流生成框图，如图5.18所示。首先由负载端口电压和电流检测出基波有功和无功电流，由此计算出谐波电流、负序电流、正序无功电流，再乘以补偿度就得到期望补偿电流。

图5.18　满意模型期望补偿电流生成框图

根据上述原理可构造出如图5.19所示的补偿电流检测电路。图中Cf、C23分别为

图5.19　满意模型期望补偿电流检测

当接线方式确定后负载接线角ψf为常数，所以Cf为常数矩阵。图5.19中sin（ω t-ψf）、cos（ω t-ψf）是由负载端口电压uf（t）经锁相环电路得到。由sin（ω t-ψf）、cos（ω t-ψf）还可以得到基准电压同频率同相位的正余弦信号sin ω t、cosωt。

if（t）与sin（ω t-ψf）、cos（ω t-ψf）的乘积中有直流量和交流量两部分，经2倍增益的低通滤波器滤波后可得到直流量和。根据图5.19可得

由以上分析可知，检测电路输出iph（t）为满意补偿时的期望补偿电流。

这种检测原理的运算量也与负载接线角有关，如果选择参考电压或接线角，使ψf=0，Cf为单位矩阵，就可以大大减小运算量。

4．无锁相环的满意补偿电流检测方法

以上三种检测方法，都用到了锁相环，牵引供电系统的牵引网电压时常会因为负荷的原因而发生较大畸变，这将引起锁相环失锁，从而影响补偿电流的准确检测。图5.20是没有使用锁相环的满意模型时的期望补偿电流检测电路。sin（ω t+）θ、cos（ω t）θ+是由正弦发生电路产生的与电压同频率的正余弦信号，其中θ 为任意角；图中C、为

式中，分别称为正向和逆向旋转因子矩阵，当接线方式确定后负载接线角ψf为常数，所以为常数矩阵。 if（t）与sin（ω t+θ）、cos（ω t+θ）的乘积中有直流量和交流量两部分，经2倍增益的低通滤波器滤波后可得到直流量：

图5.20　无锁相环的满意补偿电流检测方法

同样uf（t）与sin（ω t+θ）、cos（ω t+θ）乘积后，经2倍增益的低通滤波器滤波后可得到直流量

注意：图中。将C23、和代入式（5.93），可以验证和分别为同相供电系统牵引侧基波负序、基波正序和基波正序有功电流分量，所以图中输出iph（t）为满意补偿电流。

按照以上方法同样可以构造无锁相环的最优补偿电流检测方法，此处不再赘述。

与前面情况相同，这种检测原理的运算量与负载接线角有关，如果选择参考电压或接线角，使ψf=0，Cf为单位矩阵，就可以大大减小运算量。