CN112881776A - 一种谐波电流快速提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及属于信号处理技术领域，具体涉及一种谐波电流快速提取方法，包括A）采集待采集谐波的负载电流信号；所述负载电流信号为三相负载电流信号；B）对负载电流信号进行abc/dq变换，计算负载电流信号的有功分量和无功分量；C）计算输入信号有功分量的求和平均值；D）将输入信号有功分量的求和平均值进行dq/abc变换，得到负载电流信号的基波分量；E）将所述基波分量和负载电流做信号差，获得负载电流信号中的谐波分量。本发明的实质性效果是：本发明在对传统的MAF的梳状滤波器和增益部分做改进以后，可以提取出特定次谐波分量。GMAF在未明显损失精度的前提下将提取的动态响应时间缩减，且可避免冗余零点，减少存储单元。

Description

一种谐波电流快速提取方法

技术领域

本发明涉及属于信号处理技术领域，具体涉及一种谐波电流快速提取方法。

背景技术

随着可再生能源和电力电子接入电网，谐波污染问题愈见严重。多端口能 量路由器作为新一代电力网络的控制核心，能够对接入电网后的功率进行灵活 管理和控制，促进可再生能源消纳，改善配电网电能质量，而谐波电流提取方 法作为实现谐波补偿功能的一个重要分支，对谐波抑制有着重要的意义，主要 分为时域法和频域法。频域法以基于傅里叶变换的离散傅里叶法、快速离散傅 里叶法以及迭代离散傅里叶法为主，但傅里叶变换法对于数字控制器的存储空 间占用量大、计算量大、实时性不高。时域法中，常见的有PQ功率理论法和同 步dq旋转法，PQ功率理论法只适用于理想电网工况，而同步dq旋转法更适用于各种非理想电网条件下的谐波电流检测。然而，同步dq旋转法中用于谐波提 取的低通滤波器(Low Pass Filter，LPF)受截止频率和阶数的影响较大，滤 波器的动态响应时间长，实时补偿效果差。

中国专利CN107782965A，公开日2018年03月09日，公开了一种新型谐 波电流检测方法，该方法是基于输入观测器理论的谐波电流检测方法，首先将 被测电流信号和其各频率的分量作为状态量，构建线性时变的状态空间模型， 然后，设计基于状态空间模型的观测器对未知状态变量进行在线观测，从而实 现各频率分量的信息提取。该发明的新型电流谐波检测方法，克服了瞬时无功 功率等检测方法只能测出总谐波电流的局限性，可以同时检测出各指定频次的 谐波分量，并且具备检测速度快、精度高、动态跟踪性能和抗干扰性好等优点， 具有良好的实用性，对APF谐波检测研究具有一定的参考价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出了一种快速谐波电流提取占用空间小且 动态响应时间短的方法

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种谐波电流快速提 取方法，包括以下步骤：

A)采集待采集谐波的负载电流信号；所述负载电流信号为三相负载电流信 号；

B)对负载电流信号进行abc/dq变换，计算负载电流信号的有功分量和无功 分量；

C)计算输入信号有功分量的求和平均值；

D)将输入信号有功分量的求和平均值进行dq/abc变换，得到负载电流信号 的基波分量；

E)将所述基波分量和负载电流做信号差，获得负载电流信号中的谐波分量。

通过将三相负载电流信号通过abc/dq变换后进行有功分量的优化滤波，得 到负载电流信号更准确的几波分量，进而提取出三相负载电流的多次谐波。本 发明基于GMAF，即广义滑动平均滤波器，优化滤波，得到更快速的谐波电流提 取算法。

作为优选，步骤A)中，负载电流在每个基波周期的采样点数均相等。

三相负载电流的采集点数在每个基波的周期内需要保持相等，为后续计算 提供可行性。

作为优选，步骤B)中，获取负载电流的有功和无功分量的方法包括：

其中，I_k+为正序性谐波分量，I_k-为负序性谐波分量，θ_k+为正序性谐波分 量相位角，θ_k-为负序性谐波分量相位角。

作为优选，负载电流信号经过abc/dq变换后，所述负载电流信号的正序性 谐波分量降低一阶次，所述负载电流信号的负序性谐波分量升高一阶次。

作为优选，负载电流信号在三相整流性负载上产生的6k±1次谐波经过 abc/dq变换后表现为6k次谐波分量。

作为优选，步骤C)中，计算输入信号的求和平均值的方法包括：

将负载电流信号的有功分量经过广义滑动平均滤波器，在一个基波周期内， 对输入信号进行求和平均值运算：

其中，x(t)为广义滑动平均滤波器的输入信号序列，y(t)为广义滑动平均滤 波器的输出信号序列，T_W为广义滑动平均滤波器的滑窗周期。

基于GMAF的谐波电流提取算法的具体改进方式包括：对传统MAF的梳状滤 波器进行改进；对传统的MAF的增益λ的改进。

作为优选，步骤C)中，将负载电流信号的有功分量经过广义滑动平均滤 波器的方法包括：

将三相整流性负载电流经过广义滑动平均滤波器的传递函数H_GMAF(z)进行 滤波处理，传递函数H_GMAF(z)为：

得到负载电流信号的直流分量与负载电流分量做差可提取出mk次谐波分量。

其中，N为输入信号每个基波周期采样的点数，λ^G为滤波器的增益。

经一个周期求和平均之后，GMAF可滤去mk次谐波分量，得到的直流分量 与原先的负载电流做差以后即可提取出mk次谐波分量。

本发明的实质性效果是：本发明在对传统的MAF的梳状滤波器和增益部分 做改进以后，可以提取出特定次谐波分量。GMAF在未明显损失精度的前提下将 提取的动态响应时间缩减，且可避免冗余零点，减少存储单元。

附图说明

图1为实施例一的谐波电流快速提取方法步骤示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具 体说明。

如图1所示，一种谐波电流快速提取方法，包括以下步骤，

步骤一：***通过电流互感器采样获得负载电流，且使负载电流在每个基 波周期的采样点数均相等。

步骤二：对负载电流进行abc/dq变换，得到负载电流的有功和无功分量：

其中，I_k+为正序性谐波分量，I_k-为负序性谐波分量，θ_k+为正序性谐波分 量相位角，θ_k-为负序性谐波分量相位角，k为整数。

步骤三：得到的有功分量经过GMAF，即广义滑动平均滤波器。

将负载电流信号的有功分量经过广义滑动平均滤波器的方法包括：

将三相整流性负载电流经过广义滑动平均滤波器的传递函数H_GMAF(z)进行 滤波处理，传递函数H_GMAF(z)为：

得到负载电流信号的直流分量与负载电流分量做差可提取出mk次谐波分量；

其中，N为输入信号每个基波周期采样的点数，λ^G为滤波器的增益。

在一个基波周期内，对输入信号进行求和平均值运算，得到直流分量：

其中，x(t)为广义滑动平均滤波器的输入信号序列，y(t)为广义滑动平均滤 波器的输出信号序列，T_W为广义滑动平均滤波器的滑窗周期。

步骤四：经过GMAF以后得到的直流分量经过dq/abc变换，得到对应的基 波分量；

步骤五：得到的基波分量和原先的负载电流做差，即可提取出负载电流中 的特定次谐波分量。

该实施例通过改进传统MAF的算法结构，实现对mk次谐波的提取。

MAF在一个基波周期内，对输入信号进行平均值运算，交流分量的累加值 为零，结果只保留直流分量。MAF在离散域上的传递函数可看做三个部分级联 而成，输入信号经过第一部分的H_c(Z)在Z域的单位圆内引入N个均匀分布的零 点，零点位于整数次的谐波频率处，滤除整数次谐波分量；输入信号经过第二 部分的H(Z)本质上是在Z域单位圆内引入一个极点，该部分引入的极点与第一 部分的H_c(Z)实现了零极点对消，即在第一部分滤除的直流分量在该部分得到了 还原，从而提取出直流分量；输入信号经过第三部分λ，确保输出信号的单位 增益和零相位位移。

本发明中，基于GMAF的谐波电流提取算法的具体改进方式如下：

(1)对传统MAF的梳状滤波器进行改进：

对GMAF重新配置z＝e^j2πk零点，新的梳状滤波器的形式如下：

其中，m＝6时，即可提取出6k次谐波，且动态响应时间变为原先的1/6。

(2)对传统的MAF的增益λ的改进：

为了实现直流分量的单位增益，对GMAF算法中的增益做出调整，调整后的 增益如下：

可得：

(3)经一个周期求和平均之后，GMAF可滤去mk次谐波分量，得到的直流 分量与原先的负载电流做差以后即可提取出mk次谐波分量。

MAF在50Hz整数倍谐波频率处的幅值响应为零，GMAF在6k次谐波频率处 的幅值响应为零，两者均可实现单位增益和零相位位移。

实验可以表明，不论是在三相整流性负载突变的情况下还是在谐波突然变 化的情况下，基于MAF的谐波电流提取的动态响应时间约为一个基波周期20ms， 基于GMAF的谐波电流提取的动态响应时间约为MAF的1/6

本发明在对传统的MAF的梳状滤波器和增益部分做改进以后，可以通过配 置m来提取出特定次谐波分量。例如针对三相整流性负载，配置m＝6时，GMAF 在未明显损失精度的前提下将提取的动态响应时间缩减为MAF的1/6，即3.3ms， 且可避免冗余零点，减少存储单元。

以上的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上 的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种谐波电流快速提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

A)采集待采集谐波的负载电流信号，所述负载电流信号为三相负载电流信号；

B)对负载电流信号进行abc/dq变换，计算负载电流信号的有功分量和无功分量；

C)计算输入信号有功分量的求和平均值；

D)将输入信号有功分量的求和平均值进行dq/abc变换，得到负载电流信号的基波分量；

E)将所述基波分量和负载电流做信号差，获得负载电流信号中的谐波分量。

2.根据权利要求1所述的一种谐波电流快速提取方法，其特征在于，

步骤A)中，负载电流在每个基波周期的采样点数均相等。

3.根据权利要求2所述的一种谐波电流快速提取方法，其特征在于，

步骤B)中，获取负载电流的有功和无功分量的方法包括：

其中，I_k+为正序性谐波分量，I_k-为负序性谐波分量，θ_k+为正序性谐波分量相位角，θ_k-为负序性谐波分量相位角。

4.根据权利要求3所述的一种谐波电流快速提取方法，其特征在于，

负载电流信号经过abc/dq变换后，所述负载电流信号的正序性谐波分量降低一阶次，所述负载电流信号的负序性谐波分量升高一阶次。

5.根据权利要求4所述的一种谐波电流快速提取方法，其特征在于

负载电流信号在三相整流性负载上产生的6k±1次谐波经过abc/dq变换后表现为6k次谐波分量。

6.根据权利要求1所述的一种谐波电流快速提取方法，其特征在于

步骤C)中，计算输入信号的求和平均值的方法包括：

将负载电流信号的有功分量经过广义滑动平均滤波器，在一个基波周期内，对输入信号进行求和平均值运算：

其中，x(t)为广义滑动平均滤波器的输入信号序列，y(t)为广义滑动平均滤波器的输出信号序列，T_W为广义滑动平均滤波器的滑窗周期。

7.根据权利要求6所述的一种谐波电流快速提取方法，其特征在于，步骤C)中，将负载电流信号的有功分量经过广义滑动平均滤波器的方法包括：

将三相整流性负载电流经过广义滑动平均滤波器的传递函数H_GMAF(z)进行滤波处理，传递函数H_GMAF(z)为：

得到负载电流信号的直流分量与负载电流分量做差可提取出mk次谐波分量；其中，N为输入信号每个基波周期采样的点数，λ^G为滤波器的增益。

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