CN103278686B - 一种谐波分析滤波系统及智能选择谐波检测方法 - Google Patents

一种谐波分析滤波系统及智能选择谐波检测方法 Download PDF

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Abstract

一种谐波分析滤波系统及智能选择谐波检测方法,属于电能质量检测领域。本发明的谐波分析滤波系统,包括:高次谐波分析装置和滤波装置,所述的滤波装置结构如下:由两个同向的LC单调谐滤波器并联组成一个滤波单元,再由三个这样的滤波单元首尾顺次相连合成一个三角型连接的联合滤波模块,为三相电压中的一相滤除谐波,三个联合滤波模块进行星接,形成滤波装置。由于该新型连接方式存在多个LC单调谐滤波器,这些LC单调谐滤波器的截止频率是在选定的截止频率数值上下波动的,并不完全一致,这样可以避免传统单调谐滤波器滤波特性随系统频率变化而降低的缺点,从而确保滤波器的滤波特性和滤波精度,使高次谐波的滤除效果更好。

Description

一种谐波分析滤波系统及智能选择谐波检测方法
技术领域
[0001] 本发明属于电能质量检测领域,特别涉及一种谐波分析滤波系统及智能选择谐波 检测方法。
背景技术
[0002] 由于电子设备和微处理器在许多领域的广泛应用、电网中各种冲击性和非线性负 荷不断增加,使得电力系统电压和电流波形畸变、电压波动闪变、电压凹陷凸升,导致电力 系统电能质量的下降。不良的电能质量问题可能引起工业生产过程非计划的停产或设备故 障,造成经济损失,电力用户中对电能质量敏感的负荷所占比重越来越大,人们对供电质量 和供电可靠性提出了更新、更高的要求。
[0003] 为改善电能质量,减小不合格电能所带来的损失,通常的做法是在用户和电网间 安装一些用户电力设备,如:有源电力滤波器、动态电压恢复器、动态不间断电源以及统一 电能质量控制器等。
[0004] 为测试这些控制设备解决电能质量问题的能力,了解谐波和畸变等电能质量问题 对于电力系统保护、控制、仪器仪表等产生的影响,了解电力系统元件如变压器,感应电动 机和同步电机等对电能质量的反应特性,或者检验电气设备在存在电能质量问题的环境中 的工作性能是否合乎要求,就需要电能质量干扰发生装置产生某一种或几种谐波作为干 扰,来模拟存在电能质量问题的工作环境。
[0005] 目前电能质量干扰发生装置主要为谐波发生器,而且多由电力电子期间构成,其 结构复杂,成本高,价格昂贵,接入电网后本身就会对电网的电能质量产生影响,而且在谐 波电流检测的环节无法同时满足速度和精度的要求。
发明内容
[0006] 针对现有技术存在的不足,本发明提出了一种谐波分析滤波系统及智能选择谐波 检测方法,使用非线性负载作为谐波源,智能选择合适的检测方法对系统谐波进行快速精 确的分析,通过高次谐波滤波器的滤波作用达到按要求输出某些阶次高次谐波的目的,结 构简单,控制方便。
[0007] 本发明的技术方案是这样实现的:一种谐波分析滤波系统,包括:高次谐波分析 装置和滤波装置,所述的滤波装置结构如下:由两个同向的LC单调谐滤波器并联组成一个 滤波单元,再由三个这样的滤波单元首尾顺次相连合成一个三角型连接的联合滤波模块, 为三相电压中的一相滤除谐波,三个联合滤波模块进行星接,形成滤波装置。
[0008] -种谐波分析滤波系统的智能选择谐波的检测方法,包括以下步骤:
[0009] 步骤1 :实时采集三相相电压和三相线电流,计算系统的三相电压不平衡度和三 相电流不平衡度;
[0010] 步骤2 :若系统电压三相平衡且电流也三相平衡,即当系统为三相平衡系统时,执 行步骤3 ;若系统电压三相平衡但系统电流三相不平衡,即当系统为三相不平衡系统时,执 行步骤4 ;
[0011] 步骤3 :采用改进的瞬时无功功率检测法对系统的谐波电流进行检测;
[0012] 步骤4 :采用自适应滤波检测法对系统谐波电流进行检测;
[0013] 步骤5 :将数据存入存储器,此处的数据包括步骤4所计算的各参数,用以形成数 据窗,在数据通信和谐波分析中使用;
[0014] 步骤6 :与上位机通信,通信数据为步骤4所计算谐波电流参数,在上位机上可以 显示谐波分析情况,上位机根据需要发出高次滤波器投切信号;
[0015] 步骤7 :根据上位机发出的控制指令,控制滤波装置投切,从而实现输出某一阶次 的高次谐波。
[0016] 步骤3所述的改进的瞬时无功功率检测法,按如下步骤进行:
[0017] 步骤3-1 :检测电网的三相瞬时电压ea、eb、e。和三相瞬时电流i a、ib、ic;
[0018] 步骤3-2 :分别将检测到的三相瞬时电压和三相瞬时电流经过Clark变换,将abc 坐标系下的三相瞬时电压和三相瞬时电流变换为α β坐标系下的瞬时电压ea、e{!和瞬时 电流i a、i p;
[0019] 步骤3-3 :计算瞬时有功功率p和瞬时无功功率q,公式为:
[0020] p=i · e=e a i a +e p i p
[0021] q=iXe=iaep-ipea
[0022] 再同时除以电压矢量e的模,即可得到瞬时有功电流ip和瞬时无功电流i q;
[0023] 步骤3-4 :使瞬时有功电流和瞬时无功电流同时经过一个高通滤波器,该高通滤 波器的截止频率可以进行动态设置,这样即可检测出每个阶次谐波的谐波电流含有量;
[0024] 步骤3-5 :利用通过高通滤波器之后的瞬时有功电流ip'和瞬时无功电流iq',计算 出α β坐标系下的i a '、i p ' ;
[0025] 步骤3-6 :利用Clark反变换得到abc坐标系下的三相谐波电流,从而计算不同角 频率的谐波电流有效值、各阶次谐波电流含有量和电流谐波失真度。
[0026] 步骤4所述的采用自适应滤波法对系统谐波电流进行检测,按如下步骤执行:
[0027] 步骤4-1 :向高次谐波分析装置输入从电网采集的非线性负载电流作为原始输入 信号,从电网采集的基波电压经过锁相环后输入给高次谐波分析装置作为参考信号;
[0028] 步骤4-2 :输入的参考信号经过一个锁相环分成不同角频率的参考信号;
[0029] 步骤4-3 :当参考信号为基波信号,经过人工神经网络的k次训练,使权值趋于最 佳值,使人工神经网络的输出值逼近理论输出值,从而得到神经网络的输出为:
Figure CN103278686BD00061
[0031] 式中,i' Jk)为第k次迭代时神经网络的输出,ηι,n2分别为输入层和隐层神经 元数目;i为输入层节点节点号,且有i=l,2, . . .,n1;h为隐层节点节点号,且有h=l,2, 3··· n2;j为输出层节点号,且有j=l ;w2ih(k)是第k次迭代时输入层和隐层之间的权值,w3h_j(k) 是第k次迭代时隐层和输出层之间的权值;〃I为参考输入电压量;k为迭代次数;1为时延 量;
[0032] 步骤4-4 :采用主分量分析的方法对输入信号进行优化,使优化后的信号包含原 信号的所有特征,从而使输入信号的数量减少:设原输入信号特征矩阵为一个m行η列的 矩阵X,从而可以得到协方差矩阵Σ,求出Σ的特征根,得到矩阵X的第g个主分量Y(g), 即其中DTg为对应第g个特征根的Σ的标准正交化特征向量的转置,其中 g=l,2,…,n,随意选取p个主分量代替原输入信号,且有p < n,即得到主分量信号;
[0033] 步骤4-5 :将步骤4-4得到的经主分量分析后的信号和步骤4-3得到的经神经网 络输出的信号做差值,得到对消后的误差信号e (k),利用误差e (k)调节人工神经网络的权 值w使误差的方均根值最小,则神经网络的输出为最佳估计值,得到权值的修正公式为:
[0034] W3h j (k+1) =W3h j (k) + n e (k) x2h (k)
[0035] Θ 3 j (k+1) = θ 3 j (k) + n e (k) x2h (k)
[0036] 式中,w3h] (k+1)为第k+1次迭代时隐层和输出层之间的权值;ri为学习步长,且 有〇彡η彡I ;x2h(k)为输出层的输入信号;Θ 3j (k+ι)为第k+i次迭代时神经元的阀值; Θ 3] (k)为第k次迭代时神经元的阀值;
[0037] 既可得到权值修正后逼近理论输出值的输出信号;
[0038] 采用带有自调整因子的变步长调整规则来确定步长η,公式如下:
Figure CN103278686BD00071
[0040] 式中,0彡α。彡a m彡1言常数,a e [ α。,a m]为自调整因子,M为量化等级常 数;e(々)为e (k)的一阶导数;
[0041] 步骤4-6:利用步骤4-5产生的输出信号,计算参考信号为基波时的输出电流 有效值I 1;同样的,计算出参考信号角频率为3 ω,5 ω,7 ω…η ω时的输出电流有效值 13, 15, V·· Ιη,则各阶次谐波电流含有量HRIni和电流谐波失真度THU :为:
Figure CN103278686BD00072
[0044] 其中,m=3, 5, 7…η。
[0045] 本发明的优点:本发明中的滤波器采用独特的新型连接方式,首先滤波器由两个 同向的LC单调谐滤波器并联组成一个滤波单元,再由三个这样的滤波单元首位顺次相连 合成一个三角型连接的联合滤波模块,为ABC三相中的一相滤除谐波,谐波电流信号依次 流经三个由同向LC单调谐滤波器并联组成的滤波单元,相当于同一个电流信号经过了多 次滤波作用,所以谐波滤除效果更加优越;由于该新型连接方式存在多个LC单调谐滤波 器,这些LC单调谐滤波器的截止频率是在选定的截止频率数值上下波动的,并不完全一 致,这样可以避免传统单调谐滤波器滤波特性随系统频率变化而降低的缺点,从而确保滤 波器的滤波特性和滤波精度,使高次谐波的滤除效果更好。
附图说明
[0046] 图1为本发明一种实施方式谐波分析滤波系统总结构示意图;
[0047] 图2为本发明一种实施方式谐波分析模块框图;
[0048] 图3为本发明一种实施方式采样模块的电路原理图;
[0049] 图4为本发明一种实施方式正弦波-方波变换电路原理图;
[0050] 图5为本发明一种实施方式锁相环倍频电路原理图;
[0051] 图6为本发明一种实施方式DSP芯片的电路原理图;
[0052] 图7为本发明一种实施方式电源电路原理图;
[0053] 图8为本发明一种实施方式存储器电路原理图;
[0054] 图9为本发明一种实施方式复位与时钟电路原理图;
[0055] 图10为本发明一种实施方式键盘与显示模块原理图;
[0056] 图11为本发明一种实施方式通讯模块电路原理图;
[0057] 图12为本发明一种实施方式滤波装置电路原理图;
[0058] 图13为本发明一种实施方式采用智能选择谐波检测的方法流程图。
具体实施方式
[0059] 下面结合附图对本发明的实施方式作一步详细说明。
[0060] 本实施方式中给出的谐波分析滤波系统如图1所示,包括高次谐波分析装置和滤 波装置,高次谐波分析装置与滤波装置均连接在电网中,其中,高次谐波分析装置还进一步 包括非线性负载、互感器组和谐波分析模块。
[0061] 非线性负载为产生高次谐波的谐波源,它向电网中注入大量的特征次谐波,其中 以三次、五次、七次谐波含量较为突出,故谐波中主要含有基波、三次谐波、五次谐波、七次 谐波和少部分的更高次谐波,将非线性负载并联连接到电网母线,即可产生高次谐波。
[0062] 互感器组由电流互感器CTI、CT2、CT3和电压互感器PT I、PT2、PT3组成,用于采集 电网的三相电流和三相电压。本实施方式中,电压互感器的型号为TR1140-1C,电流互感器 的型号为TR0140-1C。
[0063] 谐波分析模块包括DSP模块、采样模块、过零检测模块、键盘与显示模块、通信模 块、继电器和上位机,如图2所示。其中,采样模块包括由放大器组成的跟随器电路、放大电 路和偏置电路;过零检测模块包括正弦波-方波变换电路和锁相环倍频电路;DSP模块包括 DSP芯片、电源电路、存储器电路和复位与时钟电路;键盘与显示模块包括键盘和液晶控制 器。电路连接关系如下:电压互感器和电流互感器输出端连接采样模块的输入端,采样模块 的电压和电流输出端连接DSP芯片的两个输入端,采样模块的引出电压信号端连接过零检 测模块中正弦波-方波变换电路的输入端,正弦波-方波变换电路的输出端连接锁相环倍 频电路的输入端和DSP芯片的另一个输入端,锁相环倍频电路的输出端连接DSP芯片的又 一个输入端,电源电路连接DSP芯片,存储器电路输出端连接DSP芯片,复为与时钟电路输 出端连接DSP芯片,键盘和液晶控制器输入端连接DSP芯片,上位机通过通信模块与DSP芯 片相连,继电器与DSP芯片相连.DSP芯片通过互感器组连接到电网母线,即可对电网中的 谐波情况进行分析。
[0064] 本实施方式中,采样模块采用Jl芯片,锁相环倍频电路采用芯片74VHC4046MTC和 CD4040BCSJ,DSP芯片采用TMS320F2812,电源电路采用芯片TPS767D318,存储模块采用芯 片IS61LV12816,复位与时钟模块采用复位芯片MAX705,液晶控制器选用T6963C,继电器选 用HS3100ZK,通信模块采用RS232协议的串行接口;采样模块的电路原理图如图3所示,正 弦波-方波变换电路如图4所示,锁相环倍频电路如图5所示,DSP芯片的电路原理图如图 6所示,电源电路如图7所示,存储器电路如图8所示,复位与时钟电路如图9所示,键盘与 显示模块如图10所示,通信模块如图11所示。
[0065] 电路工作过程为:电压互感器和电流互感器连接采集模块Jl芯片的输入接口。系 统三相相电压和线电流经过电压互感器TR1140-1C和电流互感器TR0140-1C二次互感变 换后,采样模块将经过电压、电流互感器变换后的信号经过由放大器TL084组成的跟随器 电路、放大电路和偏置电路,调理成〇~+3. 3V范围的电压,通过电压和电流输出端ACVA、 ACVB、ACVC、ACCA、ACCB、ACCC 连接 DSP 芯片的 ADC 输入引脚 2、3、4、174、173、172,在 DSP 芯 片内进行A/D转换。A/D转换将这些信号转换为数据量,DSP芯片根据这些数据量,计算出 电网电流信号中谐波的各项指标(如各阶次谐波电流含有量和电流谐波失真度);采样模 块的引出电压信号端ACVA_IN、ACVB_IN、ACVC_IN输出信号经由放大器TL084组成的跟随器 电路、RC滤波器电路、由放大器TL084组成的放大电路、偏置电路和光耦TLP521连接过零检 测模块中正弦波-方波变换电路的输入端ACVA_IN、ACVB_IN、ACVC_IN,将采集的正弦波电 压信号转换为与正弦波电压信号同相的方波信号,正弦波-方波变换电路的输出端〇VER_ 0_A、0VER_0_B、0VER_0_C 连接 DSP 芯片的输入端 0VER_0_A、0VER_0_B 和 0VER_0_C,正弦 波-方波变换电路的输出端〇VER_0_A同时连接锁相环倍频电路的输入端0VER_0_A,跳线装 置JPLLl可以实现输入信号64倍频和128倍频的切换,锁相环倍频电路的输出端PLL连接 DSP芯片的输入端151号引脚,用于启动DSP芯片的AD转换,电源电路连接DSP芯片,供电 电压为DC+5V,输出+1. 8V和+3. 3V的直流电压,满足DSP内核和I/O的供电需求;存储器电 路输出端41、17、6号引脚连接DSP芯片的42、84、33号引脚,数据存储器除了存储系统设置 的各项参数外,还记录一定时段内的各相电流谐波失真度和各阶次谐波电流含有量;复位 与时钟电路输出端7号引脚连接DSP芯片的复位引脚,对DSP芯片进行复位;键盘的输入端 连接DSP芯片的45、46、47、48、49、50号引脚;液晶控制器输入端10、11、12、13、14、15、16、 17、18、19、20、21 号引脚连接 DSP 模块中的 DSP 芯片 92、93、94、95、40、41、34、35、155、157、 87、89号引脚;上位机通过通信模块MAX232的引脚11、10与DSP芯片155、157引脚相连, 232插口通过232电缆与上位机串口相连,实现数据的传输,通信模块将系统的电流谐波失 真度和各阶次谐波电流含而露等参数传给上位机,可以在上位机上通过相应软件,观察相 应的波形,或者把数据保存至上位机的本地硬盘,键盘输入控制指令。
[0066] 本实施方式的滤波装置包括高通滤波器、高次谐波滤波器和继电器,产生的高次 谐波通过高通滤波器即可滤掉除基波、三次谐波、五次谐波、七次谐波之外的高次谐波,由 于本实施方式只要求可以产生基波、三次谐波、五次谐波和七次谐波,所以通过高通滤波器 后只留下基波、三次谐波、五次谐波和七次谐波。高通滤波器直接连接到电网母线,高次谐 波滤波器分别通过继电器并联连接到高通滤波器的输出端。
[0067] 高通滤波器和高次谐波滤波器均为三相三线制,其中高通滤波器采用传统二阶高 通滤波器,高次谐波滤波器分为基波滤波器、三次谐波滤波器、五次谐波滤波器、七次谐波 滤波器,分别通过继电器与高次谐波分析部分并联,高次谐波滤波器均采用独特设计的新 型连接方式,其具体结构,如图12所示:由两个同向的LC单调谐滤波器并联组成一个滤波 单元,用三个这样的滤波单元首尾顺次相连合成一个三角型连接的联合滤波模块,再由三 个上述联合滤波模块搭建成一个组合星型滤波器,星形连接为三个三角形联合滤波模块的 顶点连接在一起,分别在顶点的三个对边的LC单调谐滤波器电容器和电抗器之间引出接 线通过继电器连接到三相电网母线上。基波滤波器三相三线角型滤波单元f AA1、fAB1、fAC1 通过继电器RS11、RS12、RS13与A、B、C三相母线连接;三次谐波滤波器三相三线角型滤波 单元fAA3、f AB3、通过继电器RS31、RS32、RS33与A、B、C三相母线连接;五次谐波滤波 器三相三线角型滤波单元f ΛΑ5、f ΛΒ5、通过继电器RS51、RS52、RS53与A、B、C三相母线 连接;七次谐波滤波器三相三线角型滤波单元f ΛΑ7、f ΛΒ7、f 通过继电器RS71、RS72、RS73 与A、B、C三相母线连接。
[0068] 采用谐波分析滤波系统进行智能选择谐波检测的方法,其流程如图13所示,包括 以下步骤:
[0069] 步骤1 :实时采集三相相电压和三相线电流,计算系统的三相电压不平衡度和三 相电流不平衡度;
[0070] 步骤2 :若系统电压三相平衡且电流也三相平衡,即当系统为三相平衡系统时,执 行步骤3 ;若系统电压三相平衡但系统电流三相不平衡,即当系统为三相不平衡系统时,执 行步骤4 ;
[0071] 步骤3 :采用改进的瞬时无功功率检测法对系统的谐波电流进行检测,按如下步 骤执行:
[0072] 步骤3-1 :检测电网的三相瞬时电压ea、eb、e。和三相瞬时电流i a、ib、ic;
[0073] 步骤3-2 :分别将检测到的三相瞬时电压和三相瞬时电流经过Clark变换,将abc 坐标系下的三相瞬时电压和三相瞬时电流变换为α β坐标系下的瞬时电压e。、e{!和瞬 时电流i α、i P;
[0074] 步骤3-3 :计算瞬时有功功率p和瞬时无功功率q,公式为:
[0075] p=i · e=e α i α +e p i p
[0076] q=iXe=iaep-ipea
[0077] 再同时除以电压矢量e的模,即可得到瞬时有功电流ip和瞬时无功电流i q;
[0078] 步骤3-4 :使瞬时有功电流和瞬时无功电流同时经过一个高通滤波器,该高通滤 波器的截止频率可以进行动态设置,这样即可检测出每个阶次谐波的谐波电流含有量,如 当截止频率设置为(η+1) ω时,可以检测出角频率为(η+1) ω及以上的总谐波瞬时有功电 流
Figure CN103278686BD00101
和总谐波瞬时无功电游
Figure CN103278686BD00102
当截止频率设置为ηω时,可以检测出角频率为ηω 及以上的总谐波瞬时有功电流
Figure CN103278686BD00103
和总谐波瞬时无功电流
Figure CN103278686BD00104
[0079] 步骤3-5 :利用通过高通滤波器之后的瞬时有功电流P和瞬时无功电流iq',计算 出α β坐标系下的i a '、i p ' ;
[0080] 步骤3-6 :利用Clark反变换得到abc坐标系下的谐波电流,可以计算出滤波器截 止频率为(η+1) ω时的谐波电流含有量:
Figure CN103278686BD00105
和滤波器截止频率为η ω时的谐波电流含有 量Μξ ,两者作差即可得到η次谐波电流含有量HRIn,当n=l时谐波电流含有量®[即为 电流谐波失真度,从而计算出各阶次谐波电流含有量和电流谐波失真度。
[0081] 步骤4 :采用自适应滤波检测法对系统谐波电流进行检测,按如下步骤执行:
[0082] 步骤4-1 :向高次谐波分析装置输入从电网采集的非线性负载电流I1 (t)作为原 始输入信号,从电网采集的基波电压us (t) =UsSin ω t经过锁相环后输入给高次谐波分析装 置作为参考信号;
[0083] 步骤4-2 :输入的参考信号Us⑴经过一个锁相环分成sin ω t,sin3 ω t, sin5 ω t......sinn ω t不同角频率的参考信号;
[0084] 步骤4-3 :当参考信号为基波信号,即《Jsincot时,经过人工神经网络的k次训练, 使权值趋于最佳值,使人工神经网络的输出值i' Jt)逼近理论输出值I1 (t),从而得到神经 网络的输出为:
Figure CN103278686BD00111
[0086] 式中,:¾¾)为第k次迭代时神经网络的输出,ηι,叫分别为输入层和隐层神经元数 目;i为输入层节点节点号,且有i=l,2,. . .,nl ;h为隐层节点节点号,且有h=l,2, 3. . . n2; j 为输出层节点号,且有j=l ;w2lh(k)是第k次迭代时输入层和隐层之间的权值,w3h](k)是第 k次迭代时隐层和输出层之间的权值;〃丨'为参考输入电压量;k为迭代次数;1为时延量; [0087] 步骤4-4:为了提高运算速度而又确保计算的准确性,采用主分量分析的方法对 输入信号进行优化,使优化后的信号包含原信号的所有特征,从而使输入信号的数量减 少:设原输入信号特征矩阵为X=[Xnm],从而可以得到协方差矩阵
Figure CN103278686BD00112
求出Σ的特征根λ λ 2,…,λ n,D Σ DT=diag (A1, λ2,···,λη),其中正交矩阵 Dt=Q1, D2, . . .,Dn),则有Dg为对应特征根λ』勺Σ的标准正交化特征向量(g=l,2, . . .,η), 得到矩阵X的第g个主分量γ c),即=,其中DgT为对应第g个特征根的Σ的标 准正交化特征向量的转置,其中g=l,2, ...,η,随意选取ρ个主分量代替原输入信号,且有 P彡η,即得到主分量信号i/ (k);
[0088] 步骤4-5 :将步骤4-4得到的经主分量分析后的信号和步骤4-3得到的经神经网 络输出的信号做差值,得到对消后的误差信号e (k),即e (k) =i/ (k) (k),利用误差e (k) 调节人工神经网络的权值w使误差的方均根值E [e2 (k)]最小,则神经网络的输出为最佳估 计值,由于S2GO = Iii1 (k)-i\(k)]2,得到权值的修正公式为:
[0089] W3h j (k+1) =W3h j (k) + n e (k) x2h (k)
[0090] Θ 3 j (k+1) = θ 3 j (k) + n e (k) x2h (k)
[0091] 式中,w3h] (k+1)为第k+1次迭代时隐层和输出层之间的权值;ri为学习步长,且 有〇彡η彡I ;x2h(k)为输出层的输入信号;Θ 3j (k+ι)为第k+i次迭代时神经元的阀值; Θ 3] (k)为第k次迭代时神经元的阀值;
[0092] 既可得到权值修正后逼近理论输出值的输出信号;
[0093] 采用带有自调整因子的变步长调整规则来确定步长η,公式如下:
Figure CN103278686BD00121
[0095] 式中,0彡α。彡α n彡1为常数,a e [ α。,α n]为自调整因子,M为量化等级常 数;c;(幻为e (k)的一阶导数;
[0096] 步骤4-6 :利用步骤4-5产生的输出信号i'Jt),计算参考信号为基波时的输出 电流有效值I1;同样的,计算出参考信号角频率为3 ω,5 ω,7 ω -η ω时的输出电流有效值 13, 15, V·· Ιη,则各阶次谐波电流含有量HRIni和电流谐波失真度THU :为:
Figure CN103278686BD00122
[0099] 其中,m=3, 5, 7…η。
[0100] 步骤5 :将数据存入存储器,此处的数据包括步骤4所计算的各参数,用以形成数 据窗,在数据通信和谐波分析中使用;
[0101] 步骤6 :与上位机通信,通信数据为步骤4所计算谐波电流参数,在上位机上可以 显示谐波分析情况,上位机根据需要发出高次滤波器投切信号;
[0102] 步骤7 :根据上位机发出的控制指令,控制滤波装置投切,从而实现输出某一阶次 的高次谐波。本实施方式中,通过上位机的输入来控制高次谐波滤波器的投入和切出,以下 为上位机键入不同数字时高次谐波滤波器的投入和切出状态。
[0103] (1)键入数字1 :使该装置只输出基波
[0104] 步骤1、开始;
[0105] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13 关断,继电器 RS31、RS32、RS33, RS51、RS52、 RS53, RS71、RS72、RS73接通,投入三次谐波滤波器、五次谐波滤波器和七次谐波滤波器;
[0106] 步骤3、结束。
[0107] (2)键入数自3 :使该装置只输出三次谐波
[0108] 步骤1、开始;
[0109] 步骤 2、使继电器 RS31、RS32、RS33 关断,继电器 RS11、RS12、RS13, RS51、RS52、 RS53, RS71、RS72、RS73接通,投入基波滤波器、五次谐波滤波器和七次谐波滤波器;
[0110] 步骤3、结束。
[0111] (3)键入数字5 :使该装置只输出五次谐波
[0112] 步骤1、开始;
[0113] 步骤 2、使继电器 RS51、RS52、RS53 关断,继电器 RS11、RS12、RS13, RS31、RS32、 RS33, RS71、RS72、RS73接通,投入基波滤波器、三次谐波滤波器和七次谐波滤波器;
[0114] 步骤3、结束。
[0115] (4)键入数字7 :使该装置只输出七次谐波
[0116] 步骤I、开始;
[0117] 步骤 2、使继电器 RS71、RS72、RS73 关断,继电器 RS11、RS12、RS13, RS31、RS32、 RS33, RS51、RS52、RS53接通,投入基波滤波器、三次谐波滤波器和五次谐波滤波器;
[0118] 步骤3、结束。
[0119] (5)键入数字1和3 :使该装置输出基波和三次谐波
[0120] 步骤1、开始;
[0121] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13 和 RS31、RS32、RS33 关断,继电器 RS51、RS52、 RS53和RS71、RS72、RS73接通,投入五次谐波滤波器和七次谐波滤波器;
[0122] 步骤3、结束。
[0123] (6)键入数字1和5 :使该装置输出基波和五次谐波
[0124] 步骤1、开始;
[0125] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13 和 RS51、RS52、RS53 关断,继电器 RS31、RS32、 RS33和RS71、RS72、RS73接通,投入三次谐波滤波器和七次谐波滤波器;
[0126] 步骤3、结束。
[0127] (7)键入数字1和7 :使该装置输出基波和七次谐波
[0128] 步骤1、开始;
[0129] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13 和 RS71、RS72、RS73 关断,继电器 RS31、RS32、 RS33和RS51、RS52、RS53接通,投入三次谐波滤波器和五次谐波滤波器;
[0130] 步骤3、结束。
[0131] (8)键入数字3和5 :使该装置输出三次谐波和五次谐波
[0132] 步骤1、开始;
[0133] 步骤 2、使继电器 RS31、RS32、RS33 和 RS51、RS52、RS53 关断,继电器 RS11、RS12、 RS13和RS71、RS72、RS73接通,投入基波滤波器和七次谐波滤波器;
[0134] 步骤3、结束
[0135] (9)键入数字3和7 :使该装置输出三次谐波和七次谐波
[0136] 步骤1、开始;
[0137] 步骤 2、使继电器 RS31、RS32、RS33 和 RS71、RS72、RS73 关断,继电器 RS11、RS12、 RS13和RS51、RS52、RS53接通,投入基波滤波器和五次谐波滤波器;
[0138] 步骤3、结束
[0139] ( 10)键入数字5和7 :使该装置输出五次谐波和七次谐波
[0140] 步骤1、开始;
[0141] 步骤 2、使继电器 RS51、RS52、RS53 和 RS71、RS72、RS73 关断,继电器 RS11、RS12、 RS13和RS31、RS32、RS33接通,投入基波滤波器和三次谐波滤波器;
[0142] 步骤3、结束
[0143] (11)键入数字1、3和5 :使该装置输出基波、三次谐波和五次谐波
[0144] 步骤1、开始;
[0145] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13,RS31、RS32、RS33,RS51、RS52、RS53 关断,继电 器RS71、RS72、RS73接通,投入七次谐波滤波器;
[0146] 步骤3、结束
[0147] (12)键入数字1、3和7 :使该装置输出基波、三次谐波和七次谐波
[0148] 步骤1、开始;
[0149] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13,RS31、RS32、RS33,RS71、RS72、RS73 关断,继电 器RS51、RS52、RS53接通,投入五次谐波滤波器;
[0150] 步骤3、结束
[0151] (13)键入数字1、5和7 :使该装置输出基波、五次谐波和七次谐波
[0152] 步骤1、开始;
[0153] 步骤 2、使继电器 RS11、RS12、RS13,RS51、RS52、RS53,RS71、RS72、RS73 关断,继电 器RS31、RS32、RS33接通,投入三次谐波滤波器;
[0154] 步骤3、结束
[0155] (14)键入数字3、5和7 :使该装置输出三次谐波、五次谐波和七次谐波
[0156] 步骤1、开始;
[0157] 步骤 2、使继电器 RS31、RS32、RS33,RS51、RS52、RS53,RS71、RS72、RS73 关断,继电 器RS11、RS12、RS13接通,投入基波滤波器;
[0158] 步骤3、结束
[0159] (15)键入数字0,断开所有的继电器,使基波滤波器、三次谐波滤波器、五次谐波滤 波器和七次谐波滤波器都切出;
[0160] 键入其他数字键无效。
[0161] 虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域内的熟练的技术人员应当理 解,这些仅是举例说明,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,而不背离本发明的原理 和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1. 一种谐波分析滤波系统智能选择谐波检测方法,所述谐波分析滤波系统,包括:高 次谐波分析装置和滤波装置,所述的滤波装置结构如下:由两个同向的LC单调谐滤波器并 联组成一个滤波单元,再由三个这样的滤波单元首尾顺次相连合成一个三角型连接的联合 滤波模块,为三相电压中的一相滤除谐波,三个联合滤波模块进行星接,形成滤波装置; 其特征在于:包括以下步骤: 步骤1 :实时采集三相相电压和三相线电流,计算系统的三相电压不平衡度和三相电 流不平衡度; 步骤2 :若系统电压三相平衡且电流也三相平衡,即当系统为三相平衡系统时,执行步 骤3 ;若系统电压三相平衡但系统电流三相不平衡,即当系统为三相不平衡系统时,执行步 骤4; 步骤3 :采用改进的瞬时无功功率检测法对系统的谐波电流进行检测,并计算出谐波 电流参数后,执行步骤5 ;所述谐波电流参数包括谐波电流含有量和失真度; 所述的改进的瞬时无功功率检测法,按如下步骤进行: 步骤3-1 :检测电网的三相瞬时电压ea、eb、e。和三相瞬时电流i a、ib、ic; 步骤3-2 :分别将检测到的三相瞬时电压和三相瞬时电流经过Clark变换,将abc坐标 系下的三相瞬时电压和三相瞬时电流变换为αβ坐标系下的瞬时电压e。、e{!和瞬时电流 1 a、1 β Ϊ 步骤3-3 :计算瞬时有功功率ρ和瞬时无功功率q,公式为: P = i · θ = θαία+θβίβQ=iXe= ίαθβ-ίρθα 再同时除以电压矢量e的模,即可得到瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq; 步骤3-4 :使瞬时有功电流和瞬时无功电流同时经过一个高通滤波器,该高通滤波器 的截止频率可以进行动态设置,这样即可检测出单一阶次谐波的谐波电流含有量; 步骤3-5 :利用通过高通滤波器之后的瞬时有功电流ip'和瞬时无功电流iq',计算出αβ坐标系下的ia'、ip' ; 步骤3-6 :利用Clark反变换得到abc坐标系下的三相谐波电流,从而计算不同角频率 的谐波电流有效值、各阶次谐波电流含有量和电流谐波失真度; 步骤4 :采用自适应滤波检测法对系统谐波电流进行检测并计算出谐波电流参数; 步骤5 :将数据存入存储器,此处的数据包括步骤3或者步骤4所计算的各谐波电流参 数,用以形成数据窗,在数据通信和谐波分析中使用; 步骤6 :与上位机通信,通信数据为步骤3或者步骤4所计算谐波电流参数,在上位机 上可以显示谐波分析情况,上位机根据需要发出高次滤波器投切信号; 步骤7 :根据上位机发出的控制指令,控制滤波装置投切,从而实现输出某一阶次的高 次谐波。
2. 根据权利要求1所述的智能选择谐波检测方法,其特征在于:步骤4所述的采用自 适应滤波法对系统谐波电流进行检测,按如下步骤执行: 步骤4-1 :向高次谐波分析装置输入从电网采集的非线性负载电流作为原始输入信 号,从电网采集的基波电压经过锁相环后输入给高次谐波分析装置作为参考信号; 步骤4-2 :输入的参考信号经过一个锁相环分成不同角频率的参考信号; 步骤4-3 :当参考信号为基波信号,经过人工神经网络的k次训练,使权值趋于最佳值, 使人工神经网络的输出值逼近理论输出值,从而得到神经网络的输出为:
Figure CN103278686BC00031
式中,广Jk)为第k次迭代时神经网络的输出,ηι,叫分别为输入层和隐层神经元数 目;i为输入层节点号,且有i= 〇,l,2,...,n1;h为隐层节点号,且有h= 0, 1,2,3···η2;」% 输出层节点号,且有j= 1 ;w2lh(k)是第k次迭代时输入层和隐层之间的权值,w3h](k)是第 k次迭代时隐层和输出层之间的权值;为参考输入电压量;k为迭代次数;1为时延量; 步骤4-4 :采用主分量分析的方法对输入信号进行优化,使优化后的信号包含原信号 的所有特征,从而使输入信号的数量减少:设原输入信号特征矩阵为一个m行η列的矩 阵X,从而可以得到协方差矩阵Σ,求出Σ的特征根,得到矩阵X的第g个主分量Yte),即 F® = ,其中DgT为对应第g个特征根的Σ的标准正交化特征向量的转置,其中g= 1,2,…,n,随意选取p个主分量代替原输入信号,且有p<n,即得到主分量信号; 步骤4-5 :将步骤4-4得到的经主分量分析后的信号和步骤4-3得到的经神经网络输 出的信号做差值,得到对消后的误差信号e(k),利用误差e(k)调节人工神经网络的权值w 使误差的方均根值最小,则神经网络的输出为最佳估计值,得到权值的修正公式为: W3h.j(k+1) =W3hj (k) +ne(k)x2h (k) 03j(k+l) =Θ3j(k) +ne(k)x2h(k) 式中,w3h](k+l)为第k+1次迭代时隐层和输出层之间的权值;ri为学习步长,且有 〇彡η彡1 ;x2h(k)为输出层的输入信号;Θ3j(k+l)为第k+Ι次迭代时神经元的阈值; Θ3j (k)为第k次迭代时神经元的阈值; 既可得到权值修正后逼近理论输出值的输出信号; 采用带有自调整因子的变步长调整规则来确定步长η,公式如下: 式中,0彡α。彡α"彡1为常数,ae[α
Figure CN103278686BC00032
。,aJ为自调整因子,Μ为量化等级常数; 为e(k)的一阶导数; 步骤4-6 :利用步骤4-5产生的输出信号,计算参考信号为基波时的输出电流有效值 11;同样的,计算出参考信号角频率为3ω,5ω,7ω···Μω时的输出电流有效值13, 15, 17~ IM,则各阶次谐波电流含有量HR。和电流谐波失真度THU:为:
Figure CN103278686BC00033
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