有源電力濾波器諧波檢測綜述

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1、有源電力濾波器諧波檢測綜述新疆吐哈油田公司陳致清孫妍瑋楊洪儒周波摘要介紹并歸類了目前常用的幾種諧波檢測方法，敘述了小波變換、瞬時無功功率理論和神經(jīng)網(wǎng)絡等諧波檢測新方法的原理及發(fā)展現(xiàn)狀，簡要概括了各種諧波檢測方法的特點。關鍵詞：有源濾波諧波檢測電能質(zhì)量1引言隨著電力電子技術的飛速發(fā)展，各種功率開關器件以及其它非線性負載得到了廣泛的應用，這一方面給電能的變換應用帶來了方便，并提高了變換的效率；另一方面導致諧波被大量地注入電網(wǎng)，即電力污染[1]。為了解決諧波問題，使用有源濾波器是最常使用的方法。有源濾波器的性能受到逆變器特性，采用的控制方法以及參考信號

2、發(fā)生器準確性的限制。因此，如何快速準確的檢測出諧波就成為APF正常運行的基礎問題，顯得尤為重要。早在八十年代開始就已經(jīng)陸續(xù)提出了許多種用于有源電力濾波器的諧波檢測技術，從諧波檢測方法發(fā)展的歷史來看，它經(jīng)歷著一個由頻域、時域、神經(jīng)網(wǎng)絡、自適應參數(shù)辨識的發(fā)展過程。本文將對幾種常用的諧波檢測技術進行分類，并給與簡單介紹。2頻域諧波檢測技術2.1基于傅立葉級數(shù)的檢測方法傅立葉變換是檢測諧波的常用方法，用于檢測基波和整數(shù)次諧波。任何形式的無直流成分的周期電流均可以表示為[2]：（1）其中，wf為基波的角頻率。上式中的系數(shù)為：（2）（3）其中Ts是采樣周期，

3、N是整數(shù)。通過這種方法特殊的電流諧波可以被識別。目前，傅立葉變換技術已成熟，但也有局限性:①需要信號是穩(wěn)態(tài)的；②沒有反映隨時間變化的頻率；③傅立葉變換需要一定時間的采樣值，計算量大，計算時間長，致使檢測時間長，實時性差；④即使信號是穩(wěn)態(tài)的，當信號頻率和采樣頻率不一致時，也會產(chǎn)生頻譜泄漏效應和柵欄效應，致使計算的信號參數(shù)（頻譜、幅值和相位）不準確，無法滿足檢測精度的要求。2.2快速傅立葉變換和離散傅立葉變換離散傅里葉變換(DFT)是一種用于離散化信號處理的數(shù)學變換，通過這種變換可以同時得到要求諧波的幅值和相位信息?？焖俑盗⑷~變換(FFT)遵循與DF

4、T相同的數(shù)學表達式，但是采用不同的形式以減小計算數(shù)，從而減小要求的DSP運算時間。對于快速傅立葉變換和離散傅立葉變換的應用，有一些基本的假設。這些假設包括：(1)采樣頻率應高于分析信號中最高頻率的2倍；(2)信號中每個頻率都應該是基波頻率的整數(shù)倍。FFT的應用條件：(1)采樣數(shù)為2的整數(shù)冪，且高于整數(shù)周期；(2)波形是靜止的。當采樣數(shù)不滿足FFT/DFT的基本假設時，通常的FFT或DFT就無法滿足要求了。此時可以應用一種基于卡爾曼濾波器的算法。應用FFT可以有效降低DFT的計算負擔。2.3基于小波變換的分析方法小波變換是一種新的信號變換分析方法，

5、其突出特點就是可以通過數(shù)學變換充分突出信號的某些方面的特征。其不僅適用于穩(wěn)態(tài)信號的研究，也適用于時變信號的研究[3]。設x(t)是平方可積函數(shù)(記作x(t)∈L2（R）)，則信號x(t)的連續(xù)小波變換式（WaveletTransform，簡稱WT）可以定義為：（4）式中，參數(shù)a為尺度伸縮參數(shù)，參數(shù)b為時間平移參數(shù)，是可以根據(jù)參數(shù)a，b的變化而放大和移位的小波母函數(shù)，定義在右半平面上的開區(qū)間（b,a）上面，其中(b∈R，a﹤0)。上標“*”代表共軛。3時域諧波檢測技術3.1模擬濾波器在沒有提出瞬時無功功率之前，普遍采用模擬濾波器來實現(xiàn)諧波檢測。模擬

6、濾波器有兩種，一是通過濾波器濾除基波電流分量，得到諧波電流分量。二是用帶通濾波器得出基波分量，再與被檢測電流相減后得到諧波電流分量，其原理和電路結構簡單，造價低，能濾除一些固有頻率的諧波。其缺點是：①誤差大，實時性差，電網(wǎng)頻率變化時尤其明顯；②對電路元件參數(shù)十分敏感，參數(shù)變化時檢測效果明顯變差。3.2改進低通濾波器常用的采用低通濾波器的諧波檢測法具有原理簡單，能同時補償功率因數(shù)和諧波電流的優(yōu)點。同時它具有如下缺點：①同相基波參考電壓的幅值，模擬乘法器的定標系數(shù)和低通濾波器的增益都會影響有功電流的幅值。②電壓轉(zhuǎn)換器中一個微小的相移，會降低電路的精度

7、。③參考電壓中的的電壓波形畸變將會在電路中引入一個污染的正弦信號。為了解決上述問題，提出了一種改進的低通濾波器方法[4]。其原理只是在原方法中引入了一個反饋和一個積分增益環(huán)節(jié)，結構圖如圖1所示。圖1改進低通濾波器方法3.3瞬時無功功率理論1983年H.Akagi提出三相電路瞬時無功功率理論，該理論是以瞬時有功功率p和瞬時無功功率q定義為基礎，亦稱pq理論。1991年S.Bhattacharya提出ip-iq檢測方法。與基于p-q運算法相比，ip-iq運算法的優(yōu)點在于可以消除電壓諧波和不對稱電壓的影響，從而獲得更廣泛的使用[5]。ip-iq運算方式

8、檢測三相電路諧波的原理如圖2所示。圖2ip-iq運算方式的原理圖由于瞬時零序無功功率無法在通常的p-q理論下定義，所以這種理論不遵循能量