[发明专利]一种选择性谐波提取方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种选择性谐波提取方法。

背景技术

随着电力电子装置以及不控整流装置等设备的大量使用，其所产生的谐波对电网造成日益严重的污染。谐波问题涉及的领域包括：谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿与移植技术及谐波测量等。

谐波检测是谐波问题的一个重要分支，对谐波抑制与补偿及电力系统分析与故障判断等有着重要的意义。精度高低与实时性是衡量谐波检测方法优劣的重要标准。与传统的基于瞬时无功理论的全带宽谐波提取方法相比，选择性谐波具有更大的灵活性，在谐波测量仪器及要求具有选择性谐波补偿功能的装置中发挥着重大的作用；尤其是在有源电力滤波器装置中，选择性谐波方案得到了广泛的应用。

有源电力滤波器(APF)能够有效地消除非线性负载产生的谐波、无功及不平衡电流。谐波检测单元作为APF的一个关键环节，对其补偿性能有着直接、重要的影响。与传统的基于瞬时无功理论的全带宽谐波补偿有源电力滤波器相比，具有选择性谐波补偿策略的APF具有更灵活的补偿功能，具体来说，有以下优点：(1)选择性地避开会引起系统谐振次数谐波而对其他次进行补偿；(2)在与无源滤波器配合使用的场合，APF只补偿所需次数电流谐波；(3)当谐波负载超出APF补偿容量范围时，可以选择补偿对电网质量危害比较大的特征次谐波。

选择性谐波检测策略大体可以归结为两种：选择性控制器和谐波指令选择性提取。Lascu.C等人在标题为High Performance Current Controller for Selective Harmonic Compensation in Active Power Filters(Power Electronics，IEEE Transactions on，2007.22(5)：p.1826-1835)的文章中提出了一种具有选频特性的谐振控制器，将选择性谐波检测功能嵌入到电流环的控制器当中，实现了选择性谐波控制，这种方法将谐波检测和对谐波的控制合二为一，虽然化繁为简，但改变了控制器的结构，不利于谐波检测单元和谐波控制器性能的单独设计与考察，降低了系统的灵活性，同时，在电网频率波动时，谐波的提取会存在较大的偏差。薛蕙等人在标题为基于FFT的高精度谐波检测算法(中国电机工程学报，2002(12)：第107-111页)的文章中介绍了一种选择性谐波检测的FFT算法，这种方法可以采用同传统的谐波控制策略，但算法相对冗长，效率低下，使得程序占用大量的系统资源，尤其是在选择性提取的谐波次数较多时，算法占用的资源通常是传统硬件系统难以接受的。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种选择性谐波提取方法，占用控制系统资源相对较少，稳态精度高。

一种选择性谐波提取方法，包括如下步骤：

(1)采集待测信号及其所对应的基准信号，并使待测信号每个基波周期的采样点数均相等；

所述的基波周期为待测信号对应基准信号基波分量的周期。

(2)根据待测信号每个基波周期的采样点数，对所述的待测信号进行基于闭环控制的带通滤波处理，得到待测信号指定的各次谐波分量；

(3)将待测信号指定的各次谐波分量进行叠加。

所述的步骤(1)中，使待测信号每个基波周期的采样点数均相等的具体实现方法如下：

a.令当前时刻为当前采样时刻，并根据初始化当前采样时刻所对应的相位；其中，为当前采样时刻所对应的相位，N为给定待测信号每个基波周期的采样点数，k为小于N的任一自然数；

b.令当前采样时刻所对应的相位作为输入，并构造其所对应的dq变换(同步旋转坐标变换)矩阵；根据所述的dq变换矩阵对待测信号所对应的基准信号进行dq变换后计算出相位误差信号；

c.使给定的参考信号减去所述的相位误差信号后经PI调节输出角频率，使所述的角频率加上给定的前馈角频率后经数字振荡器处理输出对应的相位，则该输出时刻为下一采样时刻，该相位为下一采样时刻所对应的相位；

d.令下一采样时刻所对应的相位作为输入，根据步骤b和c的信号处理方法依次循环，得到待测信号的各采样时刻，并根据各采样时刻对待测信号进行采样。

采用该技术方案，在基波信号频率波动的情况下，仍能高精度地实现选择性谐波提取，为要求采样点数固定的控制器，如重复控制器等，提供了技术支持。

所述的PI调节基于的传递函数如下：