CN111077370A - 一种改进的递归离散傅里叶变换检测法 - Google Patents

一种改进的递归离散傅里叶变换检测法 Download PDF

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Abstract

一种改进的递归离散傅里叶变换检测法，本发明涉及电力电子技术领域，在三相不对称时，瞬时功率检测方法存在不能精确锁存电流基波正序分量相位的缺陷，本发明在传统递归离散傅里叶变换检测法的基础上，提出一种基于正余弦查表和过零点校验的改进的递归离散傅里叶变换检测法。与基于瞬时无功功率理论的检测方法相比，改进的递归离散傅里叶变换检测法不仅能对三相***进行基波提取，而且可应用在单相***中，而且改进的检测算法加入移相提取正序计算、滑窗计算和过零点锁相过程，使得改进后的检测算法适用于三相不对称工况，计算量减少，省去繁琐的传统锁相计算。

Description

一种改进的递归离散傅里叶变换检测法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，是一种改进的递归离散傅里叶变换检测法。
背景技术
针对有源滤波器的检测技术研究，首要是对谐波和无功的检测；快速傅里叶提取算法本质上，是通过三角函数的正交性提取基波，再从原始信号中去除基波，得到谐波、无功等分量的和；傅里叶变换法运算量很大，利用时受到限制，因此必须离散处理傅里叶变换，进而递归处理。
工程上的大部分信号是连续的模拟信号，而这些信号处理都需要利用数字芯片处理，本文采用前端的A/D转换芯片将需要的电压电流信号采集转化为数字信号，再送入DSP中利用算法进行处理。任一周期波形只要满足狄利克雷条件,都可分解为一个直流分量、一个基波分量和一系列的谐波分量之和,其中谐波频率是基波频率的整数倍。谐波分析就是对周期波形各分量的振幅和相位进行计算,任意周期波形各分量的振幅和相位都是频率的函数。这样利用傅里叶级数,就可以把时域表示形式的波形变换到频域来分析。
若令傅里叶级数的周期趋于无穷大，就可得到傅里叶积分，由傅里叶积分定义的傅里叶正交变换具有更广泛的实用性，传统的递归离散傅里叶变换检测法主要有以下两个缺点：一是，计算起点需要锁相；二是，需要运算整个周期N组数据，运算量很大。
发明内容
在三相不对称时，瞬时功率检测方法存在不能精确锁存电流基波正序分量相位的缺陷，本发明在传统递归离散傅里叶变换检测法的基础上，提出一种基于正余弦查表和过零点校验的改进的递归离散傅里叶变换检测法。
与基于瞬时无功功率理论的检测方法相比，改进的递归离散傅里叶变换检测法不仅能对三相***进行基波提取，而且可应用在单相***中，而且改进的检测算法加入移相提取正序计算、滑窗计算和过零点锁相过程，使得改进后的检测算法适用于三相不对称工况，计算量减少，省去繁琐的传统锁相计算。
附图说明
图1为滑窗计算原理图。
具体实施方式
当三相***不平衡时，接下来将以A相电流为例进行算法论述。
设负载基波电流如式(1)，则A相负载基波电流的正序分量公式：
Figure BDA0002353301730000021
A相负载基波电流的负序分量公式：
Figure BDA0002353301730000022
A相负载基波电流的零序分量公式：
Figure BDA0002353301730000023
采用上述移相提取A相电压的正序分量。
以下是不平衡且含有各次谐波的电网负载电流i(t)的基波正序有功量提取：为提取出电网负载电流i(t)的基波正序有功分量信号，首先利用三角函数的正交性原理，将基波三角函数sin(ωt)与负载正序电流信号i(t)相乘，再将结果A1进行积分处理，最后可得基波正序有功电流i1pa +(t)。
对电网负载电流i(t)的基波正序无功量的提取方法相似，经过上述过程后，最后需要对i1pa +(t)、i1qa +(t)进行离散化处理，以便数字处理器能够编程实现算法：
Figure BDA0002353301730000024
Figure BDA0002353301730000025
对A1、A2在一个额定周期T内进行积分处理，目的是提取基波正序分量：
Figure BDA0002353301730000026
Figure BDA0002353301730000027
对B1、B2进行化简和离散化处理后，可分别得到电网负载电流的基波正序有功电流系数i1pa +(t)和基波正序无功电流系数i1qa +(t)：
Figure BDA0002353301730000031
经过类似过程可得公式：
Figure BDA0002353301730000032
以上基波正序有功电流系数i1pa +(t)和基波正序无功电流系数i1qa +(t)的求解是没有滑窗，传统的RDFT算法是在每个采样点对上一个周波的信号进行离散傅里叶变换，如此数据运算量很大，而且对采样频率也有所限制，为了解决以上缺陷，本发明在传统的RDFT算法基础上加入滑窗改进。
当计算完当前采样点的信号，上一个采样点的信号数据将被替换掉，解决了计算效率问题，检测的舍入误差将在各个周波被丢弃，解决了舍入误差的迭代放大问题。
滑窗计算的第一个计算过程是在过零点处进行的，在过零点处实现相位检验，在编程中，就是将过零点判断过程放置于滑窗计算过程中，若判断出过零点则强制进入第一个滑窗计算。
经过滑窗改造后，式(8)和式(9)变化为公式：
Figure BDA0002353301730000033
经过类似过程可得公式：
Figure BDA0002353301730000034
由式(10)和式(11)即可得到在kt时刻的电网负载电流的基波正序信号公式：
Figure BDA0002353301730000035
至此，可以求出负载电流中的不平衡分量、谐波分量与无功分量的叠加结果，即有源滤波器所需发出的A相电流补偿量公式：
Figure BDA0002353301730000036
如果只是补偿负载电流中的不平衡分量、谐波分量，则有源滤波器所需发出的A相电流补偿量的公式：
Figure BDA0002353301730000037
式(14)中，N是检测算法在的一个工频周期T(0.02秒)内的采样点数，N＝fs/f0，f0是电网电压工频，fs是检测***的采样频率。将式(13)和式(14)取反，便是谐波补偿的指令电流。

Claims (2)

1.一种基于正余弦查表和过零点校验的改进的递归离散傅里叶变换检测法。其特征在于：与基于瞬时无功功率理论的检测方法相比，改进的递归离散傅里叶变换检测法不仅能对三相***进行基波提取，而且可应用在单相***中，而且改进的检测算法加入移相提取正序计算、滑窗计算和过零点锁相过程，使得改进后的检测算法适用于三相不对称工况，计算量减少，省去繁琐的传统锁相计算。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：本发明在传统的RDFT算法基础上加入滑窗改进，当计算完当前采样点的信号，上一个采样点的信号数据将被替换掉，解决了计算效率问题，检测的舍入误差将在各个周波被丢弃，解决了舍入误差的迭代放大问题。
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