一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法与流程

本发明属于有源电力滤波器电流谐波控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法。

背景技术：

随着电力电子技术的发展，非线性负载的应用导致了电网谐波污染问题，因为快速提取指定次谐波在电能质量评估，电网同步和谐波补偿等方面扮演重要角色，所以为了解决日益严重的谐波问题，各种检测与提取谐波的方法相继被提出。这些方法通常分为时域法和频域法。

频域法通常是一种基于傅里叶变换的方法，离散傅里叶变换将时域信号转化为频域信号，这些频域信号有着明显特征，比如简单，可选性好，稳态精度高等。快速傅里叶变换是离散傅里叶变换的一种改进形式以减小计算量，它广泛用于谐波监测和测量。中国发明专利《一种基于快速傅里叶变换的谐波电流补偿方法》(公开号：102412579a)公开了一种基于fft的谐波电流补偿方法，该方法对负载电流和换流器输出电流分别进行fft分析，然后计算负载电流幅值和换流器输出电流幅值误差，负载电流相位和换流器输出电流相位误差，根据误差分别谐波电流幅值与相位指令进行校正，最后对谐波电流幅值/相位进行重构得到链式换流器谐波电流指令。但是此种方法系统的动态响应很慢，频率敏感度低，不能提取谐波幅值信号，所以不适合快速的检测谐波。

另一方面，典型的时域法包括瞬时功率理论(pq功率理论)、基于带通滤波器的二阶广义积分器方法、dq坐标系基波/谐波控制理论、多参考坐标系法、自适应陷波滤波器法、串联延迟信号消除法、先进卡尔曼滤波法等等。这些时域方法可以有效的提取谐波成分，但是也存在一些限制。中国发明专利《一种多同步旋转坐标系apf的分次谐波补偿的计算方法》(公开号：104466966a)公开了一种多同步旋转坐标系apf的分次谐波补偿的计算方法，该方法促使每次谐波电流单独处理并快速响应以保证单独设置每次谐波的补偿。但这种方法增加了系统的复杂度和计算量，不能检测幅值信号，也不适用于快速选择谐波提取。中国发明专利《一种频率自适应实时分次谐波检测方法》(公开号：103487652a)公开了一种频率自适应实时分次谐波检测方法，该方法通过锁相环对电网电压进行锁相，获取电网电压频率，根据电网电压频率调整系统控制频率，使电网电压在频率波动时保持电网基波周期内采样点数不变，实现n次谐波带通滤波器频率自适应功能，再将n次谐波带通滤波器输入量做一个减法运算，以消除各次谐波之间相互干扰。该种方法检测精度高，但是计算量大，不能计算谐波幅值信号，也不适用于谐波的分次快速检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法，基于带通滤波器的多重二阶广义积分器实现实时分次谐波检测，消除其他次谐波的影响，减小了计算负担，增快了系统响应速度，且保证了系统的稳态精度。

为实现上述发明目的，本发明一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、将被测信号v(z)与上一拍梳状滤波器的总谐波输出信号v(z)'相减，得到误差信号e(z)，z表示z域算子；

(2)、将误差信号e(z)与每个二阶广义积分器的积分增益kin的乘积分别作为梳状滤波器中并联的每个二阶广义积分器的第一路输入信号，其中，n＝1,2,…,h，h为二阶广义积分器的个数；

(3)、将(nω)²作为二阶广义积分器的第二路输入信号，ω为基波频率；将第二路输入信号(nω)²和反馈信号x3的乘积与第一路输入信号相加，得到信号x1；

(4)、将信号x1经过第一个积分器积分得到信号x2，信号x2再经过第二个积分器积分，得到反馈信号x3；

(5)、将反馈信号x3与sin(nωts)相乘得到正交信号qvn(z)'，ts为系统控制周期；再将正交信号qvn(z)'与cos(nωts)-1的乘积与信号x2求和，得到各单次谐波信号vn(z)'；

(6)、将步骤(5)中各单次谐波信号vn(z)'的平方与正交信号qvn(z)'的平方相加，再开平方，得到各单次谐波幅值信号vnm；

(7)、将各单次谐波信号vn(z)'相加，得到总的谐波输出信号v(z)'。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法，通过使每个二阶积分器的输出为一对正交信号，从而测出各单次谐波的幅值信号；在具体的过程中，将每个二阶积分器的输出相加与系统的输入相减，即可消除其他次谐波的影响，保证了系统的稳态精度；这样消除了传统的基于带通滤波器的多重二阶广义积分器的冗余的解耦环节，减小了计算负担，增快了系统响应速度。

同时，本发明一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法还具有以下有益效果：

(1)、在能提取指定次谐波的前提下，还能保证系统的动态特性以及较小的计算量；

(2)、本发明的实验结果的稳态误差低，即使电网频率有很大波动。

附图说明

图1是本发明一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法的系统框图。

图2是二阶广义积分器的系统框图。

图3是测量各次谐波幅值的系统框图。

图4是用梳状滤波的实时分次谐波检测方法测得的稳态精度实验波形。

图5是画出基波和5次谐波分量实验波形和相应的幅值信号。

图6是电网电压从50hz跳变到55hz时，所有谐波成分实验波形。

图7是电网电压从50hz跳变到45hz时，所有谐波成分实验波形。

图8为所有谐波成分的瞬态实验波形。

图9是单独谐波成分提取的实验波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法的系统框图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种新型梳状滤波的实时分次谐波检测方法，包括以下步骤：

s1、将被测信号v(z)与上一拍梳状滤波器的总谐波输出信号v(z)'相减，得到误差信号e(z)，z表示z域算子；

s2、将误差信号e(z)与每个二阶广义积分器的积分增益kin的乘积分别作为梳状滤波器中并联的每个二阶广义积分器的第一路输入信号，其中，n＝1,2,…,h，h为二阶广义积分器的个数；

s3、将(nω)²作为二阶广义积分器的第二路输入信号，ω为基波频率；将第二路输入信号(nω)²和反馈信号x3的乘积与第一路输入信号相加，得到信号x1；

s4、将信号x1经过第一个积分器积分得到信号x2，信号x2再经过第二个积分器积分，得到反馈信号x3；

s5、将反馈信号x3与sin(nωts)相乘得到正交信号qvn(z)'，ts为系统控制周期；再将正交信号qvn(z)'与cos(nωts)-1的乘积与信号x2求和，得到各单次谐波信号vn(z)'；

s6、将步骤s5中各单次谐波信号vn(z)'的平方与正交信号qvn(z)'的平方相加，再开平方，得到各单次谐波幅值信号vnm；

s7、将各单次谐波信号vn(z)'相加，得到总的谐波输出信号v(z)'。

图2是二阶广义积分器的系统框图。

具体包括了两个积分器和一个相位校验模块。其中，第一个积分器的输出x2作为第二积分器的输入，第二个积分器输出x3与误差信号的和作为第一个积分器输入，此时x3与x2经过相位校验模块校验，得到谐波信号vn(z)'与正交信号qvn(z)'。

图3是测量各次谐波幅值的系统框图。

如图3所示，将图2中所得的正交信号的平方与谐波信号的平方相加，再开方，可得到各单次谐波的幅值信号vnm。

图4是用梳状滤波的实时分次谐波检测方法测得的稳态精度实验波形。

在实验室环境下搭建的实验平台，图4是实验的稳态波形，从图4中可以看出用基于梳状滤波的实时分次谐波检测方法所提取的成为几乎与输入信号重合，误差曲线基本为0，从而证实了该方法稳态精度高的特点。

图5是基波和5次谐波分量实验波形和相应的幅值信号。

图5为基波和5次谐波成分以及相应的幅值信号，验证了可单独提取谐波信号并求出其幅值信号。

图6是电网电压从50hz跳变到55hz时，所有谐波成分实验波形。

当电网电压从50hz跳变到55hz时，从所有谐波成分可以看出，即使电网频率向高跳变很大，系统的稳态性能依然非常好。

图7是电网电压从50hz跳变到45hz时，所有谐波成分实验波形。

当电网电压从50hz跳变到45hz时，从所有谐波成分可以看出，即使电网频率向低跳变很大，系统的稳态性能依然非常好。

图8为所有谐波成分的瞬态实验波形。

如图8所示，提取所有谐波成分的瞬态波形，从图中可以看出需要一个周期时间达到稳态。

图9是单独谐波成分提取的实验波形。

如图9所示，提取单独的谐波成分，从瞬态到稳态需要一个周期的时间，所以本发明所提方法的动态特性较好。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。