[发明专利]基于加窗全相位FFT的APF谐波检测与控制系统及方法

说明书

（一）技术领域：

本发明属于电能质量控制领域，尤其是一种基于加窗全相位FFT（Fast Fourier Transform——快速傅里叶变换）的APF（Active Power Filter——有源电力滤波器）谐波检测与控制系统及方法。

（二）背景技术：

近年来随着电力电子装置和非线性负载的日益广泛，电能质量得到了有效的提高。但是，随之而来的在配电网中诸如换流器、变频调速、电弧炉、电气化铁路、家用电子电器等各种设备不断增加，这些负荷的用电特性(非线性、冲击性和不对称性)使电力系统中电压和电流的波形发生较严重的畸变，形成严重的谐波问题。

传统的谐波治理与无功补偿方法是采用基于谐振原理的无源滤波器，但这样只能滤除设定次数的谐波，且易与电网产生串、并联谐振，滤波器参数的漂移导致滤波性能变差。从目前的国内外研究与使用情况来看，有源电力滤波器是未来的一个发展的主要趋势。

有源电力滤波器是一种动态的电力电子补偿装置，一般采用并联的方式并联于电源和负荷之间，能够弥补无源滤波器的缺点。具有很好的动态性能和谐波补偿特性。能否准确和快速的检测出谐波电流是有源滤波技术的关键。所以APF的准确检测方法的研究显得尤为重要。

有电力源滤波器的主要原理是检测负载电流，向电网注入与谐波电流大小相等方向相反的电流，进而达到滤除谐波的目的。传统的FFT检测方法存在栅栏效应和泄漏现象，使算出的信号参数即频率、幅值和相位不准，尤其是相位误差很大，无法满足准确的电力系统谐波测量要求。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于加窗全相位FFT的APF谐波检测与控制系统及方法，它可以克服上述现有的快速傅里叶检测算法的不足，是一种计算精度高、检测准确性高、速度快的控制系统，且其方法简单易行。

本发明的技术方案：一种基于加窗全相位FFT的APF谐波检测与控制系统，包括带非线性负载和有源电流滤波器的交流电网，其特征在于它是包括控制模块和检测模块，其中，所述检测模块包括指令电流检测运算单元；所述控制模块包括主电路单元、PWM驱动单元和电流跟踪控制单元；所述指令电流检测运算单元的输入端检测电网中负载端的电流信号，其输出端与电流跟踪控制单元的输入端连接；所述PWM驱动单元的输入端连接电流跟踪控制单元的输出端，其输出端连接主电路单元的输入端；所述主电路单元的输出端输出补偿电流信号反馈给电网。

所述指令电流检测运算单元是由数据采集模块、信号调理电路模块、A/D转换器模块、光电隔离模块、驱动电路模块、数据存储模块、DSP中央控制模块、显示电路模块、过零检测模块和电压传感器模块构成；其中，所述数据采集模块检测电网中负载端的三相电流信号和有源电流滤波器发出的三相补偿电流信号，其输出端与信号调理电路模块的输入端连接；所述A/D转换器模块的输入端分别连接信号调理电路模块的输入端和电压传感器模块的输入端，同时还与DSP中央控制模块呈双向连接；所述光电隔离模块的输入端连接DSP中央控制模块的输出端，其输出端连接驱动电路模块的输入端；所述数据存储模块与DSP中央控制模块呈双向连接；所述过零检测模块的输入端连接电压传感器模块的输出端，其输出端与DSP中央控制模块的输入端连接；所述DSP中央控制模块的输出端还与显示电路模块的输入端连接；所述电压传感器模块的输入端采集直流侧的母线电压信号和交流电网中的A、B、C三相相电压信号。

所述电压传感器模块由四个霍尔电压传感器构成，分别采集母线电压信号和交流电网中的A、B、C三相相电压信号。

所述A/D转换器模块是A/D转换芯片AD7356。

所述DSP中央控制模块是由包含大容量快速闪存、多个32位定时器、2个事件管理器和SPI、SCI、CAN多种接口，可提供多达16路的PWM控制脉冲信号的美国德州仪器公司的DSP芯片TMS230F2812。