[發明專利]一種適用于艦船電力系統的諧波和間諧波分離檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 201410369465.4
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104155520B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 王建勛;李紅剛;陶襄樊;劉宏;彭亮;董梁;施衛華
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G01R23/167
• 分類號: G01R23/167
• 代理公司: 北京理工大學專利中心11120
• 代理人: 仇蕾安,李愛英

技術領域

本發明屬于艦船電氣工程技術領域，特別涉及一種諧波和間諧波參數檢測檢測方法及裝置。

背景技術

近年來隨著電力電子技術的迅速發展，大量非線性負荷如整流電源、頻率變換器、調速變流器和通用變頻器等裝置接入到艦船電力系統，使得艦船電網的諧波和間諧波問題日益嚴重。由于艦船電力系統是一個獨立的小容量電網，諧波和間諧波的產生不僅會嚴重降低艦船電網電能質量，還可能威脅到整個艦船電力系統的安全運行，對艦船電力系統的諧波和間諧波問題進行分析、研究，并采取相應的抑制措施已非常迫切。

艦船電力系統的諧波和間諧波治理除采用從源頭上進行控制的方式外，常采用加裝無源濾波器、有源濾波器和有源功率因數校正器等方式來進行抑制。多種諧波治理方式常常會綜合使用，如常用的混合濾波器會采用無源濾波器來完成主要次諧波的濾波功能并使其承擔大部分的無功容量補償，而采用有源濾波器來完成次要次諧波和間諧波的進一步濾除和承擔小部分的無功容量補償。在混合治理方式中，首要的要求是對基波、諧波和間諧波實現檢測分離，這樣才可有針對性的設計濾波器參數，實現諧波和間諧波的最優控制。

目前，艦船電力系統常采用基于傅里葉變換或瞬時無功理論的方法來檢測諧波或間諧波，基于傅里葉變換的檢測方法在采樣時間有限的情況下頻率分辨率低，基于瞬時無功理論的檢測方法一般只考慮了基波信號的分離，上述兩種檢測方法無法實現基波、諧波和間諧波的分離檢測；

上述兩種方法均采用的是鎖相環結構，硬件實現方式復雜，且鎖相環的性能會受到諧波、間諧波和三相不平衡的影響；

此外，基于瞬時無功理論的檢測方法主要針對三相交流電網提出，不適用于單相交流電網和可能直流電網。

發明內容

本發明的目的是克服現有檢測方法和裝置的不足，提出一種適用于艦船電力系統的諧波和間諧波分離檢測方法和裝置，能實現對基波、諧波和間諧波的單獨檢測和評估，以為無源濾波器、有源濾波器和有源功率因數校正器等濾波手段的優化設計提供分析手段。

一種艦船電力系統的諧波和間諧波分離檢測方法，包括以下步驟：

第一步：對艦船電網電壓或電流信號進行采樣；

第二步：對第一步中的采樣信號進行均值濾波分離直流分量，并得到只含交流分量的信號；

第三步：根據已知的交流分量基波頻率對第二步中得到的只含交流分量的信號進行窄帶帶通濾波得到只含基頻分量的信號；

第四步：對第三步中得到的只含基頻分量的信號采用頻率跟蹤算法計算實時的基波頻率；

第五步：根據第四步中的基波頻率由并行的子陷波結構從只含交流分量的信號中提取基波和各次諧波分量，利用最小二乘法計算基波和各次諧波的幅值和相位，即采用基波和諧波提取算法；

第六步：將第五步中得到的基波和諧波分量從只含交流分量的信號中去除，得到只含間諧波分量的信號，對該信號進行參數譜估計得到間諧波頻率，利用最小二乘法計算各間諧波的幅值和相位，即采用間諧波檢測算法。

所述頻率跟蹤算法的原理為：

假若一電壓信號可表示為：

式中：T_s為采樣時間間隔，k為采樣點的序號,ω₀為額定基波角頻率，ω_d為基波角頻率偏移量，A為基波幅值，為基波相位，N為采樣點數。

基于傅里葉變換可將該電壓信號變換為兩個正交分量，即：

式中：N₀＝f_s/f₀為額定基波頻率f₀下的每周期采樣點數。

通過三角函數變換可將上式化簡為：

式中：T₀為基波周期，式(3)和式(4)中的第一項均為與角頻率偏移量相關的分量，第二項均為高頻分量且幅值衰減了sin(ω_dT₀/2)/(2ω₀+ω_d)倍，若將式(3)和式(4)所示信號通過低通濾波器，將得到只含第一項分量的信號，即：

上述分量滿足下式的差分關系：

基于上式可得到ω_d的瞬時表達式：

傅里葉變換采用遞推的形式來計算，即