[发明专利]一种适用于舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于舰船电气工程技术领域，特别涉及一种谐波和间谐波参数检测检测方法及装置。

背景技术

近年来随着电力电子技术的迅速发展，大量非线性负荷如整流电源、频率变换器、调速变流器和通用变频器等装置接入到舰船电力系统，使得舰船电网的谐波和间谐波问题日益严重。由于舰船电力系统是一个独立的小容量电网，谐波和间谐波的产生不仅会严重降低舰船电网电能质量，还可能威胁到整个舰船电力系统的安全运行，对舰船电力系统的谐波和间谐波问题进行分析、研究，并采取相应的抑制措施已非常迫切。

舰船电力系统的谐波和间谐波治理除采用从源头上进行控制的方式外，常采用加装无源滤波器、有源滤波器和有源功率因数校正器等方式来进行抑制。多种谐波治理方式常常会综合使用，如常用的混合滤波器会采用无源滤波器来完成主要次谐波的滤波功能并使其承担大部分的无功容量补偿，而采用有源滤波器来完成次要次谐波和间谐波的进一步滤除和承担小部分的无功容量补偿。在混合治理方式中，首要的要求是对基波、谐波和间谐波实现检测分离，这样才可有针对性的设计滤波器参数，实现谐波和间谐波的最优控制。

目前，舰船电力系统常采用基于傅里叶变换或瞬时无功理论的方法来检测谐波或间谐波，基于傅里叶变换的检测方法在采样时间有限的情况下频率分辨率低，基于瞬时无功理论的检测方法一般只考虑了基波信号的分离，上述两种检测方法无法实现基波、谐波和间谐波的分离检测；

上述两种方法均采用的是锁相环结构，硬件实现方式复杂，且锁相环的性能会受到谐波、间谐波和三相不平衡的影响；

此外，基于瞬时无功理论的检测方法主要针对三相交流电网提出，不适用于单相交流电网和可能直流电网。

发明内容

本发明的目的是克服现有检测方法和装置的不足，提出一种适用于舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法和装置，能实现对基波、谐波和间谐波的单独检测和评估，以为无源滤波器、有源滤波器和有源功率因数校正器等滤波手段的优化设计提供分析手段。

一种舰船电力系统的谐波和间谐波分离检测方法，包括以下步骤：

第一步：对舰船电网电压或电流信号进行采样；

第二步：对第一步中的采样信号进行均值滤波分离直流分量，并得到只含交流分量的信号；

第三步：根据已知的交流分量基波频率对第二步中得到的只含交流分量的信号进行窄带带通滤波得到只含基频分量的信号；

第四步：对第三步中得到的只含基频分量的信号采用频率跟踪算法计算实时的基波频率；

第五步：根据第四步中的基波频率由并行的子陷波结构从只含交流分量的信号中提取基波和各次谐波分量，利用最小二乘法计算基波和各次谐波的幅值和相位，即采用基波和谐波提取算法；

第六步：将第五步中得到的基波和谐波分量从只含交流分量的信号中去除，得到只含间谐波分量的信号，对该信号进行参数谱估计得到间谐波频率，利用最小二乘法计算各间谐波的幅值和相位，即采用间谐波检测算法。

所述频率跟踪算法的原理为：

假若一电压信号可表示为：

式中：T_s为采样时间间隔，k为采样点的序号,ω₀为额定基波角频率，ω_d为基波角频率偏移量，A为基波幅值，为基波相位，N为采样点数。

基于傅里叶变换可将该电压信号变换为两个正交分量，即：

式中：N₀＝f_s/f₀为额定基波频率f₀下的每周期采样点数。

通过三角函数变换可将上式化简为：

式中：T₀为基波周期，式(3)和式(4)中的第一项均为与角频率偏移量相关的分量，第二项均为高频分量且幅值衰减了sin(ω_dT₀/2)/(2ω₀+ω_d)倍，若将式(3)和式(4)所示信号通过低通滤波器，将得到只含第一项分量的信号，即：

上述分量满足下式的差分关系：

基于上式可得到ω_d的瞬时表达式：

傅里叶变换采用递推的形式来计算，即