[发明专利]基于小波和FFT的SHAPF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，尤其是一种基于小波和FFT（Fast Fourier Transform——快速傅里叶变换）的SHAPF（Shunt Hybrid Active Power Filter——并联混合型有源电力滤波器）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。

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只能滤除设定次数的谐波，且易与电网产生串、并联谐振的缺点。具有很好的动态性能和谐波补偿特性。但其结构及元件特性决定其只能并联于低电压等级的电力系统中，对中高压系统其无能为力。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。所以适合于中高压系统的SHAPF的拓扑结构的提出及基于小波和FFT的SHAPF检测方法的研究显得尤为重要。

SHAPF结构中，参见图1，APF（Active Power Filter——有源电力滤波器）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；而基波串联谐振电路是指在基波频率处产生谐振，使得APF只承担谐波电压，即提高了APF的电压等级。传统的FFT对稳态信号有强大的处理能力，但其对于局部突变的暂态谐波信号有其局限性；小波变换具有时频分析能力，尤其对局部突变的谐波信号有其强大的分能力。两者单独控制均无法满足准确的电力系统谐波检测要求。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于小波和FFT的SHAPF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以及小波变换算法的不足，是一种计算精度高、检测准确性高、速度快的检测及控制系统，且其方法简单易行。

本发明的技术方案：一种基于小波和FFT的SHAPF谐波检测与控制系统，包括带非线性负载的交流电网，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出端和电压传感器模块的输出端，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与DSP中央控制模块的输出端连接，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。

所述数据采集模块检测到的电网中负载端的电流信号为3路电流信号，即电网中负载端的三相电流信号。

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构成。