一种电力谐波自适应滤波器及其自适应滤波方法
【专利摘要】本发明公开了一种电力谐波自适应滤波装置及其自适应滤波方法，其自适应滤波装置的组成是：电流传感器(1)、电压跟随器(2)、放大器(3)、抗混叠滤波器(4)、数据采集卡(5)、中央处理单元(6)、继电器组(8)、调谐滤波器组(9)依次相连；中央处理单元(6)还和高速存储器(7)相连。该滤波器能根据电力系统中谐波频谱的实时变化，投切调谐滤波器组中相应的调谐滤波器，在有效滤除电力系统中的谐波，确保滤波效果的同时，提高电力系统的电能的传输效率，减少电能损失。
【专利说明】一种电力谐波自适应滤波器及其自适应滤波方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力行业中谐波治理技术，尤其涉及一种电力谐波自适应滤波器。
【背景技术】
[0002]随着越来越多的非线性设备的投入使用，会在电力系统中产生大量的3、5、7、9、11等奇次谐波，这些谐波使电能的传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。而这些谐波的频率如与电力系统的谐振频率相同，则可引发电力系统的谐振，使谐波含量放大，引起谐波的严重畸变，严重恶化电力系统的运行环境。
[0003]谐波治理的主要方法是加装滤波器，过滤掉电力系统中大量的3、5、7、9、11等奇次及高次谐波，以减少谐波危害。由于电力系统中非线性设备的投入运行状态随时发生变化，导致电力系统中谐波频谱也随时变化，固定的滤波器组对各次谐波均进行滤波，当电力系统中没有某次谐波时，则会产生相应的基波损耗，减低电能的传输效率。
【发明内容】
[0004]本发明的第一目的是提出一种电力谐波自适应滤波器，该滤波器能根据电力系统中谐波频谱的实时变化，投切调谐滤波器组中相应的调谐滤波器，在有效滤除电力系统中的谐波，确保滤波效果的同时，提高电力系统的电能的传输效率，减少电能损失。
[0005]本发明为实现其发明目的，所采用的技术方案为:一种电力谐波自适应滤波装置，其组成是:电流传感器、电压跟随器、放大器、抗混叠滤波器、数据采集卡、中央处理单元、继电器组、调谐滤波器组依次相连；中央处理单元还和高速存储器相连。
[0006]进一步，本发明的所述的一种电力谐波自适应滤波装置，其特征在于:所述的调谐滤波器组由3次单调谐滤波器、5次单调谐滤波器、7次单调谐滤波器和高通滤波器组成；继电器组由继电器一、继电器二、继电器三和继电器四构成；继电器组与调谐滤波器组相连的具体结构是，继电器一、继电器二、继电器三和继电器四分别与3次单调谐滤波器、5次单调谐滤波器、7次单调谐滤波器和高通滤波器串接。
[0007]本发明的第二目的是提供一种使用上述的电力谐波自适应滤波器对电力谐波进行自适应滤波的方法，该方法能简单、有效地滤除电力系统中的谐波，在确保滤波效果的同时，提高电力系统的电能的传输效率，减少电能损失。
[0008]本发明为实现其第二个目的所采用的技术方案是，一种使用上述的电力谐波自适应滤波器对电力谐波进行自适应滤波的方法，其操作是:
[0009]a、安装及初始化:将电流传感器安装于电力系统二次侧，调谐滤波器组并联于电力系统一次侧，继电器组中的所有继电器断开；
[0010]b、电流数据采集及分析:电流传感器与将采集到的电力系统二次侧的电流信号经电压跟随器进行阻抗匹配、放大器放大、抗混叠滤波器抗混叠滤波后，由数据采集卡进行A/D变换后得到电力系统的电流数值信号，电流数值信号再由中央处理单元进行傅里叶变换得到电流的频率一幅值谱，中央处理单元在傅里叶变换时通过高速存储器进行数据缓存；
[0011]C、自适应滤波:中央处理单元从当前电流的频率一幅值谱中分别提取出3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次以上的高次谐波的幅值，并与设定的对应次谐波的阈值进行比较；如提取出的谐波幅值有超过其阈值的，则中央处理单元控制继电器组中对应的继电器闭合，使调谐滤波器组中对应的单调谐滤波器投切，滤除电力系统一次侧中对应次数的谐波。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0013]通过电流传感器采集电力系统电流信号并经阻抗匹配、放大、抗混叠滤波、A/D变换后再由中央处理单元进行傅里叶变换得到电流的频率一幅值谱，进而找出超过阈值的谐波次数、并投切相应的单调谐滤波器。有效的滤除电力系统中的谐波，确保了滤波效果。而对低于阈值的对应次数的谐波，则相应的单调谐滤波器不投切，不会造成相应的基波损耗，从而提高电力系统的电能的传输效率，减少电能损失。
[0014]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例的自适应滤波装置的电路原理图。
【具体实施方式】
[0016]实施例
[0017]图1示出，一种电力谐波自适应滤波装置，其组成是:电流传感器1、电压跟随器2、放大器3、抗混叠滤波器4、数据采集卡5、中央处理单元6、继电器组8、调谐滤波器组9依次相连；中央处理单元6还和高速存储器7相连。
[0018]本例的的一种电力谐波自适应滤波装置，其特征在于:所述的调谐滤波器组9由3次单调谐滤波器9a、5次单调谐滤波器9b、7次单调谐滤波器9c和高通滤波器9d组成；继电器组8由继电器一 8a、继电器二 8b、继电器三8c和继电器四8d构成；继电器组8与调谐滤波器组9相连的具体结构是，继电器一 8a、继电器二 Sb、继电器三Sc和继电器四8d分别与3次单调谐滤波器9a、5次单调谐滤波器9b、7次单调谐滤波器9c和高通滤波器9d串接。
[0019]使用本例的电力谐波自适应滤波器对电力谐波进行自适应滤波的方法，其操作是:
[0020]a、安装及初始化:将电流传感器I安装于电力系统二次侧，调谐滤波器组9并联于电力系统一次侧，继电器组8中的所有继电器断开；
[0021]b、电流数据采集及分析:电流传感器I与将采集到的电力系统二次侧的电流信号经电压跟随器2进行阻抗匹配、放大器3放大、抗混叠滤波器4抗混叠滤波后，由数据采集卡5进行A/D变换后得到电力系统的电流数值信号，电流数值信号再由中央处理单元6进行傅里叶变换得到电流的频率一幅值谱，中央处理单元6在傅里叶变换时通过高速存储器7进行数据缓存；
[0022]C、自适应滤波:中央处理单元6从当前电流的频率一幅值谱中分别提取出3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次以上的高次谐波的幅值，并与设定的对应次谐波的阈值进行比较；如提取出的谐波幅值有超过其阈值的，则中央处理单元6控制继电器组8中对应的继电器闭合，使调谐滤波器组9中对应的单调谐滤波器投切，滤除电力系统一次侧中对应次数的谐波。
[0023]如，当前电流的3次、5次、9次以上的高次谐波的幅值分别大于设定的3次、5次、9次以上的高次谐波的阈值；则中央处理单元6控制继电器组8中对应的继电器一 8a、继电器二 Sb和继电器四8d三个继电器闭合，使调谐滤波器组9中对应次的3次单调谐滤波器9a、5次单调谐滤波器9b和高通滤波器9d投切，滤除电力系统一次侧中3次、5次、9次以上的高次谐波。而由于7次谐波幅值小于设定的7次谐波阈值，与7次单调谐滤波器9b对应的继电器三8c保持断开，7次单调谐滤波器9c不予投切使用。
[0024]本发明的自适应滤波的方法中，各次谐波的阈值可以依据国标《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549 — 93)或国际电工委员会的标准《IEEE Recommended Practices andRequirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems》(IEEE Std519-1992)确定。
【权利要求】
1.一种电力谐波自适应滤波装置，其组成是:电流传感器(I)、电压跟随器(2)、放大器(3)、抗混叠滤波器(4)、数据采集卡(5)、中央处理单元(6)、继电器组(8)、调谐滤波器组(9)依次相连；中央处理单元(6)还和高速存储器(7)相连。
2.根据权利要求1所述的一种电力谐波自适应滤波装置，其特征在于:所述的调谐滤波器组(9)由3次单调谐滤波器(9a)、5次单调谐滤波器(9b)、7次单调谐滤波器(9c)和高通滤波器(9d)组成；继电器组⑶由继电器一(8 a)、继电器二(Sb)、继电器三(Sc)和继电器四(8d)构成；继电器组(8)与调谐滤波器组(9)相连的具体结构是，继电器一(8a)、继电器二(Sb)、继电器三(Sc)和继电器四(8d)分别与3次单调谐滤波器(9a)、5次单调谐滤波器(％)、7次单调谐滤波器(9c)和高通滤波器(9d)串接。
3.一种使用权利要求1所述的电力谐波自适应滤波器对电力谐波进行自适应滤波的方法，其操作是: a、安装及初始化:将电流传感器(I)安装于电力系统二次侧，调谐滤波器组(9)并联于电力系统一次侧，继电器组(8)中的所有继电器断开； b、电流数据采集及分析:电流传感器(I)与将采集到的电力系统二次侧的电流信号经电压跟随器(2)进行阻抗匹配、放大器(3)放大、抗混叠滤波器(4)抗混叠滤波后，由数据采集卡(5)进行A/D变换后得到电力系统的电流数值信号，电流数值信号再由中央处理单元(6)进行傅里叶变换得到电流的频率一幅值谱，中央处理单元(6)在傅里叶变换时通过高速存储器(7)进行数据缓存； C、自适应滤波:中央处理单元(6)从当前电流的频率一幅值谱中分别提取出3次谐波、5次谐波、7次谐波、9次以上的高次谐波的幅值，并与设定的对应次谐波的阈值进行比较；如提取出的谐波幅值有超过其阈值的，则中央处理单元(6)控制继电器组(8)中对应的继电器闭合，使调谐滤波器组(9)中对应的单调谐滤波器投切，滤除电力系统一次侧中对应次数的谐波。
【文档编号】H02J3/01GK104037770SQ201410317123
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】何正友, 林圣 , 张扬帆, 胡海涛 申请人:西南交通大学