[發(fā)明專利]一種基于頻譜泄漏校正算法的APF諧波檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710557248.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-10
• 公開（公告）號(hào): CN107271774B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃凱征;錢偉;曾志輝;李新偉;劉群坡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R23/16
• 分類號(hào): G01R23/16
• 代理公司: 鄭州浩德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本發(fā)明公開了一種基于頻譜泄漏校正算法的APF諧波檢測(cè)方法。該方法在傳統(tǒng)離散傅里葉變換的基礎(chǔ)上，以信號(hào)截?cái)嚅L(zhǎng)度為自變量，將經(jīng)典的一維幅值譜擴(kuò)展為二維，為信號(hào)頻譜表征提供一種新的方式，并采用一種基于最小誤差的頻譜泄漏校正算法，實(shí)現(xiàn)頻率、幅值和相位的精確估計(jì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過二維譜得出最接近整周期截?cái)嗟腘，在此基礎(chǔ)上，以sinc構(gòu)造的譜值為真實(shí)譜，基于誤差最小理論，得到信號(hào)頻率、幅值和相位的近似精確估計(jì)，具有誤差小，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及諧波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于頻譜泄漏校正算法的APF諧波檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

APF檢測(cè)負(fù)載所需的基波無功電流、負(fù)序電流和諧波電流，并控制逆變器輸出跟蹤該檢測(cè)電流，從而達(dá)到對(duì)負(fù)載無功的綜合補(bǔ)償。補(bǔ)償指令電流的檢測(cè)方法決定諧波電流檢測(cè)精度，進(jìn)而影響電流補(bǔ)償效果。因此諧波檢測(cè)技術(shù)一直是諧波補(bǔ)償領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，而補(bǔ)償指令電流檢測(cè)方法的研究主要圍繞著檢測(cè)速度和精度兩個(gè)方面展開。

目前，補(bǔ)償指令電流的檢測(cè)方法主要是基于瞬時(shí)功率理論的檢測(cè)方法和基于傅里葉變換的檢測(cè)方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)方法、基于自適應(yīng)原理的檢測(cè)方法、小波變換檢測(cè)方法、基于Goertzel算法的諧波電流檢測(cè)方法等的引入豐富了電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)算法理論和實(shí)踐，盡管這些方法各有特點(diǎn)，但各自都存在一些難以克服的問題，如有的實(shí)時(shí)性差、有的檢測(cè)精度不高、有的穩(wěn)定性差、有的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，難以在工程中應(yīng)用。現(xiàn)有APF的技術(shù)方案，在低功率情況下，一般采用統(tǒng)一補(bǔ)償方法。由于并不需要分離出各次諧波，因此現(xiàn)有基于瞬時(shí)功率的電流檢測(cè)方法幾乎都是首先檢測(cè)負(fù)載中的基波(正序)有功電流分量，然后再從負(fù)載電流中減去該電流來獲得諧波及無功電流；大功率情況下采用分次諧波檢測(cè)，之后再加起來作為參考電流波形，分次諧波檢測(cè)是基于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的計(jì)算方法，如果需提取負(fù)序及各次諧波，需要已知諧波頻率，建立各次諧波負(fù)序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，進(jìn)行多次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，且不能直接用于單相諧波的檢測(cè)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)低通濾波器存在相位滯后等問題；而對(duì)于傅里葉變換分析方法，只要信號(hào)是周期的，分解出的各次諧波分量就包含了所有諧波，無需考慮正負(fù)序問題。這樣看來，傅里葉變換分析方法具有明顯優(yōu)勢(shì)，

信號(hào)的離散傅里葉變換(DFT)是對(duì)信號(hào)離散時(shí)間傅里葉變換所得連續(xù)頻譜的等間隔采樣。當(dāng)采樣窗口長(zhǎng)度等于信號(hào)中所有頻率成分周期的整數(shù)倍時(shí)(即同步采樣)，DFT的變換結(jié)果可以準(zhǔn)確描述信號(hào)各頻率成分對(duì)應(yīng)參數(shù)。但是，在對(duì)實(shí)際電力系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的同時(shí)滿足同步采樣十分困難。主要原因是電網(wǎng)實(shí)際頻率和額定頻率間存在一定偏差，以恒定采樣頻率采集到的信號(hào)長(zhǎng)度往往不能嚴(yán)格對(duì)應(yīng)信號(hào)基波周期的整數(shù)倍。因此各單獨(dú)的諧波成分在頻域會(huì)出現(xiàn)柵欄效應(yīng)，各諧波成分間還會(huì)發(fā)生頻譜干擾。

為了在時(shí)域?qū)崿F(xiàn)同步采樣，國內(nèi)外學(xué)者提出了一些解決方法。利用頻率同步裝置減小頻率泄漏，此種采用鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件同步采樣的方法盡管可以在一定程度上減小頻譜泄漏，但其加大了硬件復(fù)雜度；文獻(xiàn)提出一種采樣窗口自適應(yīng)的諧波間諧波分析方法，該方法通過計(jì)算兩組序列的相關(guān)性，選取采樣窗口近似同步于信號(hào)中的所有成分，但事實(shí)表明，滿足近似同步的數(shù)據(jù)窗口，其長(zhǎng)度往往較長(zhǎng)且不可預(yù)測(cè)；另外，一些文獻(xiàn)提出了根據(jù)實(shí)際的基頻對(duì)信號(hào)進(jìn)行重采樣來抑制諧波間的頻譜干擾的方法，但是這種手段必須知道信號(hào)的真實(shí)頻率，且其對(duì)采樣率有較高要求。

由于上述時(shí)域方法的局限性，加窗插值方法逐步成為解決頻譜干擾和柵欄效應(yīng)的最常用手段。1975年Burgesss等從事電學(xué)研究領(lǐng)域研究的學(xué)者采用插值法對(duì)矩形窗的離散頻譜進(jìn)行校正，解決了離散高次諧波信號(hào)參數(shù)的精確測(cè)量問題；1994年謝明、丁康等提出和發(fā)展比值頻譜校正方法，使內(nèi)插法系統(tǒng)地發(fā)展成為一種通用的頻譜校正方法。湖南大學(xué)高云鵬等對(duì)加窗插值快速傅里葉變換(FFT)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析方法及在電力諧波檢測(cè)中的應(yīng)用做了深入的研究；另外，也有一些學(xué)者對(duì)能量重心法和譜質(zhì)心估計(jì)信號(hào)頻率進(jìn)行研究，并將其用于電力諧波分析中。