[发明专利]一种应用于有源滤波器的谐波提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及有源滤波器在负载波动较大工况下的提高系统稳定性的方法，特别涉及到如何获取待补偿负载最大值的方法。

背景技术

有源电力滤波器(APF)是一种动态补偿装置，能够对电网中的谐波、无功进行快速响应，并越来越受到关注。在很多工业、商业等应用场合，由于谐波装置等的频繁大容量投切，容易导致设备在瞬态调节过程中，出现较大的冲击电流，而该冲击电流容易导致设备在运行过程中出现过流等故障信息，而频繁的负载波动则导致设备始终无法处于稳定运行的状态。

有源电力滤波器要实现电网功率因数以及THD的补偿，必须对负载电流中的无功以及各次谐波进行提取，通过一定的算法对其进行补偿。目前，常用的谐波提取的方法主要有：(1)模拟电路法，这种方法的补偿特性受到电网阻抗和运行状态的影响，容易与系统产生谐振，稳定性较差，因此逐步被数字化所取代；(2)基于瞬时无功功率理论的ip-iq法，这种方法主要是通过坐标变换将三相变换到两相进行分析检测，且不受电网电压畸变的影响，这种算法主要依赖于数字化低通滤波器的实现，设计一个既能满足各项性能指标，又要限制滤波器阶数是非常有难度的；(3)其他智能化算法包括小波变换法，神经网络法等等；(4)快速傅里叶分解法(FFT)以及基于FFT衍生的DFT算法等。

现有技术一：公开号为CN 104184148B的专利文献公开的一种同步旋转坐标系中谐波电流分次控制方法，该发明涉及的谐波提取方式主要是基于同步旋转坐标变换，将需补偿的某次谐波电流转换到相同次数旋转速度和方向的同步旋转坐标系上，并通过简单的算法变换消除由其他非同步电流分量带来的交流扰动量，从而提取出该次补偿电流所对应的直流量。该控制方法在需要对多种谐波电流进行补偿时，需要使用较多的旋转坐标变换，且必须与所需补偿次的电流旋转速度保持一致，增加了计算量，且随着补偿次数要求的增加，要求坐标轴旋转的速度种类较多，大大增加了数字芯片的计算量。

现有技术二：公开号为CN 104749435A的专利文献公开的一种无累积误差滑窗的DFT谐波检测方法，该方法主要是先采集电网电压信号，再利用数字锁相环技术使电网电压同步；通过滑窗迭代法对采集的负载电流信号x(t)进行DFT正变换，分别得到x轴与y轴分量；最后确定出第h次谐波的指令信号，再利用DFT反变换提取各次谐波指令。该方法能够较快获取负载电流中的无功以及各次谐波电流，进而获取系统指令，但是该方法获取待补偿电流最大值较为麻烦，需通过多周期滑窗求均值的方式获取，因此，无法以最快的速度进行峰值限幅，因此在负载波动较大且负载补偿需求较大时，常常出现由于瞬态的冲击而导致的过电流现象，导致设备无法正常运行。

通过传统的DFT滑窗迭代算法获取待补偿负载的峰值电流较为困难，需通过多次求取、存储、运算获取，反应较慢，无法及时对峰值电流进行有效提取。通常情况下，为保护设备不受过载冲击，须通过对设备的实时输出进行限制，这种方法容易导致较大的冲击电流，从而使得设备无法正常运行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供能够提高设备的稳定性，在负载波动较大的情况下保证设备的稳定运行的谐波提取方法。

为了解决上述所存在的问题，本发明采用的技术方案为：

一种应用于有源滤波器的谐波提取方法，具体包括以下步骤：

步骤一：系统通过采样，获得外部负载电流；

步骤二：在前半周期，将负载电流与基波、各次谐波的正弦、余弦分别进行乘累加；

步骤三：累加半周期后，通过步骤二得出的数据与相应的系数相乘，即可获取基波以及各次谐波正弦轴、余弦轴上的直流量；

步骤四：后半周期，将正弦轴、余弦轴上的直流量分别与各自对应的正弦、余弦表相乘，即可得到基波以及各次谐波，从而实现无功电流与谐波电流的提取；

步骤五：在后半周期获取基波和各次交流量后，可以通过逐点比较法获取负载电流中待补偿部分电流的最大值，在进行补偿控制前对负载的最大值进行限制。

进一步地，首先提取负载电流中的无功以及各次谐波电流：在前半个周期中，通过累加和求平均的方式，计算得到基波以及各次谐波的直流量，在后半周期进行交流量获取，并同时获取待补偿峰值电流的最大值。

本发明中，获取直流量的具体步骤如下：

(1)根据傅里叶分解，将负载i_La(t),i_Lb(t),i_Lc(t),表示成如下形式：