一种谐波检测方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种谐波检测方法。
【背景技术】
[0002] 电网的安全有效运行能够提高工业生产效率和人民生活水平。通常情况下，电能 的供应目标是要为用户提供标准频率的正弦电压信号。但近些年，伴随着工业生产中非线 性负载的大幅度增加，导致非线性电力电子设备得到了大量的应用。由此电压和电流的实 际波形与标准的正弦波形相比存在着巨大的偏差，产生了巨大的波形畸变，我们习惯于把 这类波形畸变称之为谐波，这些波形畸变严重的影响了工业生产和日常生活的电能质量。
[0003] 近年来，伴随着工业生产中非线性负载的大幅度增加，导致了非线性电力电子设 备得到了大量的应用，致使电力电网中的谐波污染日渐严重。有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)是近些年发展起来，用于谐波抑制的主要设备。
[0004] 控制系统对于APF的整体结构非常重要，其是否优越直接影响了APF治理谐波的效 果。而在有源电力滤波器的工作中，准确、高效的谐波电流检测是进行谐波补偿的前提。目 前，已有很多种谐波电流检测方法付诸实践，但尚无任何一种方法在精度和速度上同时满 足系统要求。谐波检测成为提高有源电力滤波器工作特性的瓶颈之一。
[0005] 谐波检测算法，其实质是通过采样电网电流或者电压，分析并分离出基波含量，得 到谐波的部分。在检测电网谐波的方面，基于瞬时无功理论的检测谐波方法，在实时性方面 效果比较好，无时间延迟，但受到采样点时间间隔的影响，对高次谐波有遗漏。基于快速傅 里叶变换方法检测谐波方法，是先采集一个采样周期的电网数据，再按照FFT算法对谐波进 行分析，这样在这个采样周期时间内的谐波是无法对其进行分析与补偿的，就会导致产生 一个采样周期时间的延迟。
[0006] 如图1所示，假设基于瞬时无功理论的方法的分析计算时间间隔为tlms，从原点开 始检测，从图1中可以看出此刻谐波a的幅值刚好为最大，检测中谐波a幅值是被包括在内 的，但是谐波b的幅值此时为0,是不被包含在内的。如图采样周期时长为tlms，可以看到图 中检测到的谐波电流将把谐波b给遗漏掉，此种情况会导致系统认为电网不存在谐波b。由 此可知这种谐波检测方法虽然能从原点时间开始计算分析总谐波大小，保障了检测的实时 性。但是它受分析计算时间的影响，导致采样频率无法达到极高，会对高次谐波的检测产生 遗漏现象，所以此种方法具有一定的局限性。
[0007] 如图2所示，假设基于快速傅里叶变换方法的检测谐波方法采样N个点（根据计算 序列长度和采样频率来确定）总时间为tims，并在tl时刻开始进行FFT分析计算。根据采样 定理可知，只要采样频率足够高，这里满足采样间隔时间t〈4(t 2_t〇,就能够分析出谐波a、 谐波b。但是由于这种方法是在采样点数到达N个点后，进行的一次计算，采样N个点(根据计 算序列长度和采样频率来确定)总时间为tims内的谐波成分就无法知晓，具有tims时间的延 迟。因此，此种谐波检测方法也有一定的局限性。
【发明内容】
[0008] 为此，本发明提出了一种可以解决上述问题的至少一部分的新谐波检测方法。
[0009] 本发明提供了一种谐波检测方法，包括:基于瞬时无功理论检测谐波，对谐波上的 η个点采样电流，得到电流的算术平均值Ihm，经过特定时间后，对所述谐波上的所述η个点 再次采样电流，得到电流的算术平均值Ihm' ；
[0010] 将Ihm与Ihm'做差取绝对值得到K，其中，
[0011] 当所述K值在收敛阈值内时，则转换谐波检测方法，选用基于快速傅里叶变换方法 检测谐波；
[0012] 当所述K值在收敛阈值外时，则继续基于瞬时无功理论检测谐波。
[0013] 可选地，根据本发明的谐波检测方法，其中，所述收敛阈值为0.3-1.5。
[0014] 可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述瞬时无功理论包括αβ坐标下的瞬时无 功理论和dqO坐标下的瞬时无功理论。
[0015] 可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述快速傅里叶变换方法包括时域快速傅 里叶变换方法和频域快速傅里叶变换方法。
[0016] 可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述基于瞬时无功理论检测包括pq检测和 ip、iq检测。
[0017]可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述αβ坐标下的瞬时无功理论为利用邱两 相坐标代替a、b、c三相坐标的瞬时无功理论。
[0018]可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述dqO坐标下的瞬时无功理论为利用dqO 坐标代替a、b、c三相坐标的瞬时无功理论。
[0019 ]可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述pq检测包括：
[0020]将三相电流ia、ib、ic通过αβ变换得到αβ坐标系下的电流分量；?α、；?β ;
[0021] 通过pq变换得到瞬时有功功率p和无功功率q，然后经过低通滤波器滤除高次的波 形，得到基波有功功率@和无功功率& ,其中，
[0022]
[0023]通过pq反变换和αβ反变换得到三相基波电流，再将三相基波电流和三相电流做减 法运算所得到的电流值为谐波电流。
[0024]可选地，根据本发明的谐波检测方法，所述ip、iq检测包括：
[0025]将三相电流ia、ib、ic通过αβ变换得到αβ坐标系下的电流分量；? α、；?β;
[0026] 通过C变换得到瞬时有功电流。和无功电流iq，然后经过低通滤波器滤除高次的波 形，得到基波有功电流^和无功电流其中，
[0027]
[0028]通过C反变换和αβ反变换得到三相基波电流，再将三相基波电流和三相电流做减 法运算所得到的电流值为谐波电流。
[0029] 根据本发明的另一方面，还提供了一种谐波检测设备，包括：
[0030] 用于基于瞬时无功理论检测谐波，对谐波上的η个点采样电流，得到电流的算术平 均值Ihm，经过特定时间后，对所述谐波上的所述η个点再次采样电流，得到电流的算术平均 值Ihm'的装置；
[0031]用于将Ihm与Ihm'做差取绝对值得到K值的装置，其中，
[0032]当所述K值在收敛阈值内时，则转换谐波检测方法，选用基于快速傅里叶变换方法 检测谐波；
[0033]当所述K值在收敛阈值外时，则继续基于瞬时无功理论检测谐波。
[0034] 本发明所述谐波检测方法不仅解决了瞬时无功理论检测谐波中检测不到高次谐 波从而不知道具体次数谐波成分的比例的问题，又解决了快速傅里叶变换方法检测谐波中 存在时间延迟即在实时性上有一定的局限的问题。
【附图说明】
[0035] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字 之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附 图中：
[0036]图1为基于瞬时无功理论的谐波检测方法检测点关系图；
[0037] 图2为基于快速傅里叶变换方法的谐波检测方法检测点关系图；
[0038] 图3为本发明所述谐波检测方法的结构示意图；
[0039]图4为电流和电压αβ坐标系中的矢量的示意图；
[0040]图5为ip、iq检测谐波电流的原理示意图；
[0041 ]图6为基于瞬时无功理论与快速傅里叶变换方法相结合的谐波检测方法仿真； [0042]图7为基于瞬时无功理论检测补偿后电网电流波形图；
[0043]图8为基于瞬时无功理论与快速傅里叶变换方法相结合的谐波检测方法检测补偿 后电网电流波形图；
[0044]图9为示出了可用来实践本发明的实施方式的计算设备的框图。
[0045] 在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。
【具体实施方式】
[0046] 下现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出 和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的 范围。
[0047] 图3示出了本发明所述谐波检测方法的流程图。可以理解，图3所示的流程图仅仅 是示意性的，其中记载的步骤可以按照不同顺序执行、并行执行、省略和/或增加其他步骤。 如图3所示，所述谐波检