一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法，通過鎖相環對電網電壓進行鎖相，獲取電網電壓頻率fg，根據電網電壓頻率fg調整系統控制頻率fs，使電網電壓在頻率波動時保持電網基波周期內系統的采樣點數保持不變，實現n次諧波帶通濾波器頻率自適應功能，再將n次諧波帶通濾波器輸入量做一個減法運算，以消除各次諧波之間的相互干擾。最后，通過n次諧波帶通濾波器提取被測信號n次諧波，這樣實現了被測信號諧波準確實時分次檢測。
【專利說明】一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力【技術領域】，更為具體地講，涉及一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子設備在工業、商業和民用領域的廣泛應用，產生了大量的無功和諧波電流。諧波電流會引起電網使用效率降低、敏感負載故障或損壞、電機或變壓器過熱、通訊干擾等一系列問題。因此，諧波檢測和抑制一直是電力領域備受關注的熱點問題之一。
[0003]通過現有國內外技術文獻的檢索發現，諧波檢測方法主要可分為基于頻域的檢測方法和基于時域的檢測方法兩大類。
[0004]Asiminoaei L 等在文獻《Detection is key-Harmonic detection methods foractive power filter applications》(Industry Applications Magazine, IEEE[J]，2007，13(4):22-33.)中對現有基于頻域和時域的諧波檢測方法及其特點進行了總結。首先，頻域諧波檢測方法主要包括，快速傅里葉變換法(FFT)、離散傅里葉變換法(DFT)和迭代傅里葉變換方法(RDFT)。基于傅里葉變換的諧波檢測方法具有如下特點:I)屬于非實時檢測方法，存在基波周期延時，基于RDFT算法提高了動態響應速度；2)需要提供同步信號，如，通過鎖相環(PLL)得到同步信號；3)需要大量存儲空間存儲一個周期內信號。其次，時域諧波檢測方法包括，基于時域瞬時無功功率理論(ρ-q)檢測方法、基于基波同步旋轉變換(d-q)檢測方法、基于諧波同步旋轉變換檢測方法。時域諧波檢測方法具有如下特點:1)屬于實時檢測方法，一般動態響應速度快；2)—般是首先檢測出被測信號基波成分，然后通過被測信號減去基波成分的諧波分量，因此，算法簡單計算量少，但是，不能實現諧波分次檢測；基于諧波同步旋轉變換檢測方法實現了諧波分次檢測，但是，其導致算法計算量增大。除此之夕卜，中國專利(專利號為ZL200410018470.7，名稱為“基于自適應神經元在線整定的諧波檢測方法”)中，公開了一種利用檢測負載電流信號基波有功分量，并將此信號從負載電流中扣除后，得到諧波和無功分量檢測方法，同時在動態過程中選擇較大值進行神經元學習，提高了算法速度和精度，但是，不能對諧波進行分次提取。
[0005]當上述諧波檢測方法都受電網頻率波動影響，導致檢測精度不高。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法，能夠在電網頻率波動情況下，實現電壓/電流信號中諧波分量的實時分次提取，以提高檢測精度。
[0007]為實現上述發明目的，本發明一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]( I)、采集電網電壓Usa、Usb、Usc,通過鎖相環對電網電壓進行鎖相，獲取電網電壓頻
率fg:[0009](1.1)、對電網電壓進行Clarke變換，得到電網電壓的α軸分量和β軸分量: [0011]其中，uae= [ua，ue]T表示α β坐標系下電網電壓，= 了_ O樹2 —利2
表示Clarke變換矩陣，Usabc= [usaJ usb，usJτ表示ABC坐標系下電網電壓；
[0012](1.2)、對(I)式中電網電壓的α軸分量和β軸分量進行Park變換，得到電網電壓的d軸分量和q軸分量:
[0015](1.3)、對(2)式中電網電壓的α軸分量和β軸分量的比值求反正切，得到實際電網電壓與鎖相環輸出同步信號之間的相位誤差Λ Θ為:
[0016]Δ Θ =arctan(uq/ud)(3)；
[0017](1.4)、將(3)式得到的相位誤差Λ Θ送入PI控制器，將PI控制器輸出與電網電壓前饋角頻率ω相加，得到鎖相環壓控振蕩器輸入角頻彳?.[0018]? = ΡΙ^ΑΘ^ + ω(4)；
[0019]PI [*]表示PI控制器；
[0020](1.5)、計算電網電壓頻率fg:在以上步驟(1.1)至步驟(1.4)構成了一個閉環負反饋系統，通過PI控制器對Λ Θ進行調節，當閉環負反饋系統達到穩態時，鎖相環壓控振蕩器輸入角頻率?和鎖相環壓控振蕩器輸出同步信號相位4分別跟蹤電網電壓信號角頻率和相位，得到電網電壓頻率fg:
[_ fg=^rC5)
[0022](2)、通過步驟(1.5)中得到的電網電壓頻率&調整分次諧波檢測系統的時鐘頻率fs，實現各次諧波帶通濾波器頻率自適應功能；
[0023](3)、采集被測電壓/電流L通過分次諧波檢測系統中的各次諧波帶通濾波器提取出電壓/電流L的各次諧波。
[0024]其中步驟(2)中，實現各次諧波帶通濾波器頻率自適應功能的方法為:根據電網電壓頻率fg調整分次諧波檢測系統的時鐘頻率fs，使得電網電壓頻率波動時，控制分次諧波檢測系統在電網基波周期內的采樣點數保持不變，表達式為:
[0025]fs=N.fg[0026]其中，N表示電網電壓基波周期內設定的采樣點數。
[0027]其中步驟(3)中，通過分次諧波檢測系統中的各次諧波帶通濾波器提取被測信號各次諧波的方法為:
[0028](3.1)、計算第η次諧波帶通濾波器輸入量:將電壓/電流k減去所有各次諧波
M
帶通濾波器輸出總和Σ&Α，然后再加上第η次諧波帶通濾波器輸出λ得到第η次諧波
帶通濾波器輸入量^:
[0030]其中，h表示檢測的諧波次數，M表示檢測的最高諧波次數。
[0031](3.2)將步驟(3.1)中得到的第η次諧波帶通濾波器輸入量作為η次諧波帶通
濾波器輸入，通過η次諧波帶通濾波器BPFJ*]，得第η次諧波帶通濾波器輸出量:
[0032]iLn = BPFllIihl];
[0033]其中η次諧波帶通濾波器BPFn在Z域的表達式為:
[0034] [0035]Kln表示第η次諧波帶通濾波器積分系數，ζ表示Z域算子。
[0036]本發明的發明目的是這樣實現的:
[0037]本發明一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法，通過鎖相環對電網電壓進行鎖相，獲取電網電壓頻率fg，用得到的電網電壓頻率fg調整分次諧波檢測系統的時鐘頻率fs，實現各次諧波帶通濾波器頻率自適應功能，再通過各次諧波帶通濾波器提取被測信號各次諧波。通過本發明方法檢測后，能夠在電網電壓頻率波動時實現被測信號諧波準確實時分次檢測。
[0038]同時，本發明一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法還具有以下有益效果:
[0039]( I)、能夠用于電力電子裝置電壓和電流諧波信號的實時檢測。算法簡單，可采用C語言編程，在DSP芯片上實現，實施簡易。
[0040](2)、能夠用于有源電力濾波器諧波指令的提取。通過負載或者電網電流/電壓諧波的準確實時分次提取，能夠實現有源電力濾波器分次諧波補償功能，大大提高有源電力濾波器性能和其在復雜電網條件下的適應性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1為頻率自適應實時分次諧波檢測方法的系統示意圖；
[0042]圖2為鎖相環系統示意圖；
[0043]圖3為被測電流信號波形圖；
[0044]圖4為被測電流信號頻譜圖；
[0045]圖5為電網電壓頻率49.5Hz時，未采用本發明方法檢測效果波形圖；[0046]圖6為電網電壓頻率49.5Hz時，采用本發明方法檢測效果波形圖；
[0047]圖7為電網電壓頻率50.5Hz時，未采用本發明方法檢測效果波形圖；
[0048]圖8為電網電壓頻率50.5Hz時，采用本發明方法檢測效果波形圖；
[0049]圖9采用本發明方法單獨檢測5次諧波效果波形圖；
[0050]圖10采用本發明方法單獨檢測5次諧波效果頻率圖；
[0051]圖11采用本發明方法檢測諧波動態效果波形圖。
【具體實施方式】
[0052]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。
[0053]實施例
[0054]為了方便描述，先對【具體實施方式】中出現的相關專業術語進行說明:
[0055]FFT (Fast Fourier Transform):快速傅里葉變換法；
[0056]DFT (Discrete Fourier Transform):離散傅里葉變換法；
[0057]RDFT (Recursive Discrete Fourier Transform):迭代傅里葉變換方法；
[0058]PLL (Phase Locked Loop):鎖相環；
[0059]Clarke:克拉克變換；
[0060]Park:帕克變換；
[0061]PI (Proportional plus Integral control):控制器；
[0062]THD(Total Harmonic Distortion):諧波總畸變率。
[0063]本實施例中，如圖1所示，本發明頻率自適應實時分次諧波檢測方法包括以下步驟:
[0064]( I)、采集電網電壓Usa、Usb、us。，通過鎖相環對電網電壓進行鎖相，獲取電網電壓頻率fg，如圖2所示；
[0065](1.1 )、對電網電壓進行Clarke變換,得到電網電壓的α軸分量和β軸分量:
[0066]
【權利要求】
1.一種頻率自適應實時分次諧波檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、采集電網電壓Usa、usb、us。，通過鎖相環對電網電壓進行鎖相，獲取電網電壓頻率 (1.1)、對電網電壓進行Clarke變換,得到電網電壓的α軸分量和β軸分量:
2.根據權利要求1所述的分次諧波檢測方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，實現各次諧波帶通濾波器頻率自適應功能的方法為:根據電網電壓頻率&調整分次諧波檢測系統的時鐘頻率fs，使得電網電壓頻率波動時，控制分次諧波檢測系統在電網基波周期內的采樣點數保持不變，表達式為:fs=N.fgD
3.根據權利要求1所述的分次諧波檢測方法，其特征在于，所述的步驟(3)中，通過分次諧波檢測系統中的各次諧波帶通濾波器提取被測信號各次諧波的方法為: (3.1)、計算第η次諧波帶通濾波器輸入量:將電壓/電流k減去所有各次諧波帶通
M濾波器輸出總和YJLh，然后再加上第η次諧波帶通濾波器輸出得到第η次諧波帶通 A=I1L濾波器輸入量iLn:
M^
iLn =iL~^hh+iLn '
h=\ (3.2)將步驟(3.1)中得到的第η次諧波 帶通濾波器輸入量作為η次諧波帶通濾波器輸入，通過η次諧波帶通濾波器BPFn[*]，得第η次諧波帶通濾波器輸出量: h =BPFn[hn]； 其中η次諧波帶通濾波器BPFn在Z域的表達式為: BPFn (Z) = ~r——A/:(Z-'-;
- 2co%{n^~) - Kjn z +1 — K卜
_ N _ Kln表示第η次諧波帶通濾波器積分系數，Z表示Z域算子。
【文檔編號】G01R23/165GK103487652SQ201310394870
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】謝川, 鄒見效, 李凱, 徐紅兵 申請人:電子科技大學