基于改进型自适应算法的谐波检测及其性能研究概要.docx

1、基于改进型自适应算法的谐波检测及其性能研究概要第卷第期年月电力自动化设备基于改进型自适应算法的谐波检测及其性能研究张俊敏（中南民族大学计算机科学学院，湖北武汉）摘要：通过对有源电力滤波器基本自适应谐波电流对消检测方法的研究，指出了基本自适应方法存在检测精度和动态响应之间的矛盾证明了基本自适应系统是一个关于中心角频率对称的陷波器。理论推导证明了由于系统权向量不为一个恒定的值导致该系统不能准确提取谐波电流。在此基础上提出了一种改进型模拟自适应对消检测方法讨论了改进型自适应系统的稳定性。改进后系统是通过加入一个低通滤波器减小了陷波器参考角频率附近的带宽，系统实质上是一个关于中心角频率不对称的陷波器。

2、该方法可在保证动态响应的前提下兼顾系统的检测精度。理论推导和仿真实验均证明了该方法的实用性。关键词：有源电力滤波器；模拟电路：自适应：低通滤波器：谐波检测中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言改进型自适应检测方法的基本思想目前谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电力滤波器（）：。从补偿对象中检测出谐波电流由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流注入电网中使供电电网中只含有基波电流。因此如何从电网中实时准确地提取谐波电流是谐波检测的关键所在。目前基于瞬时无功功率理论的在三相电路中得到了广泛应用。该方法具有较好的实时性，但需要经过次坐标变换，计算量较大；电流采样保持法：】对电路元

3、器件精度要求高。调整困难，且电压产生畸变时无法实现有效的补偿该方法可以用于无功补偿；文献对基于鉴相原理的瞬时电流检测法和基于自适应干扰对消原理的自适应谐波检测方法进行了比较研究认为这种方法均存在检测精度和检测实时性的矛盾。本文针对基本自适应对消方法所存在的检测精度与实时性相互矛盾的问题进行理论分析并通过理论分析指出基本自适应对消方法是不能准确检测出谐波电流的。针对以上问题本文给出了一种改进的自适应对消方法。通过理论和仿真实验对改进后的检测方法的综合性能做了全面分析。在频域和时域里对改进型自适应系统的特性做了详细的分析比较。研究结果表明改进后的模拟自适应算法不依赖外界环境的变化可以通过调节相应的

4、参数达到相应的检测精度和动态响应速度。收稿日期：修回日期：基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（）（） 模拟自适应对消原理自适应噪声对消技术起初主要用在随机信号处理方面。对所构成的自适应对消系统它要求系统的参考输入与原始输入中的信号成分不相关这主要是保证参考输入通过自适应滤波器处理后其输出不能抵消原始输入的信号成分：而要求参考输入与原始输入中的噪声相关。主要是保证参考输入通过自适应滤波器后其输出抵消原始输入中的噪声成分只有这样才能把附加在信号中的加性噪声与信号有效地分离开来。通常自适应方法只用在数字系统中但大多数研究成果表明实际生物神经系统并非离散的工作方式。因而，用连续工作的模拟电路

5、来实现与生物神经系统更为接近，且模拟电路结构简单，响应速度快。模拟自适应检测系统框图如图所示。其中未加入虚框中低通滤波器环节的称为基本自适应检测系统；加入该环节的称为改进型自适应检测系统。图中旭为系统负载电流；（）和（）分别为系统电压同相和移相的整形波形为比例器田司一堡望鲨鎏量厢甭啄习苎堡坌堡旦匦匣卜疆亚圈模拟自适应检测系统框图毖謦万方数据国电力自动化设备第卷放大倍数；和叼分别为积分器和比例器的增益；检测出的。，和盘分别为基波有功和无功电流，为谐波总和电流。图所示的普通模拟系统的开环和闭环传递函数】可以分别写为叩瞰（）。丁（）妇（）再丽）（）上，屯分析式（）可知，当蚺时，妇（咖），该系统是一个

6、二阶陷波器系统的中心角频率唯一取决于输入角频率元件参数和外界条件对系统性能的影响不大；当角频率远离输入角频率时，妇（）一保证了谐波成分的通过：该二阶系统的带宽为，。下面证明该陷波器的频谱特性是关于陷波角频率，对称的。在陷波角频率）两边分别取个点。和：，且满足，一一。，即）（。妇（）茗焉蒜堕型；竺兰安、一一、丽丽妇（妣）面丝生：型堕一（）一五二丽一可以看出：雠（。）妇（：），即系统的频谱特性是关于参考角频率对称的。调节参数、叩中的一个或者几个均可调节系统的带宽带宽的大小决定了系统的检测精度和动态响应时间对于这样一个陷波器而言这是一个互为矛盾的参数。为追求系统的快速性将带宽设置较大，这样势必会影响

7、系统的检测精度。即图中的尬和腹参数中会含有一些谐波成分，而理想情况下，系统稳定时和腹应该是一个稳定的常数。下面通过理论证明。和尬不是一个稳定的常数。设：（，眦）。（，丌）（）。（，）（）（，）一（口，）（）其中，、。、田、为常数，令。从式（）一（）可得：（。）（。）一尬（）刁（，）。（。）。（）。）一（州）一帆。（州）】。（口）（蚺）。（）（，）（。）。（。）（）。（）（）肌”妒（州）争一（）（）一，叼畦引甓舞铲一鬯舞铲丌。！璺！丝：（堕！）！一【，（凡）！旦！生（翌！幽一尬（，）（。）（）讨论。时，假定尬为一常数。由于式（）的右碰不是常数，所以也不可能是常数，并且尬中含有的谐波分量最低为次谐

8、波。同样也可以证明腹也不可能是常数含有的谐波分量最低为次谐波。下文用仿真实验来验证。改进型模拟自适应对消原理基于第节的分析在比例器环节的前面加上一个低通滤波器环节（见图中虚框）。假定低通滤波器的传递函数为（）六（）改进后系统的开环和闭环传递函数分别为砷。卜两者（）撕（）面鬲而石而；丽（）该系统为一个阶系统特征方程为（）（，）；表为；砰可以算出：；砰。根据判据可知，该系统为一个稳定系统。并且和第节一样分析，该系统也为一个陷波器。当角频率远离输入角频率时，妇（扣）一，保证了谐波成分的通过：但是该陷波器不是关于陷波角频率对称的，证明如下：。和：个角频率点满足第节中的条件，代入式（），可以推导出：。（

9、扣）（：）（）这个非对称性是由于低通滤波器的加入而造成妒婷万方数据第期张俊敏：基于改进型自适应算法的谐波检测及其性能研究的并且低通滤波器的频谱特性为折线特性。转折角频率之前对整个系统的频谱特性影响很小：而在远大于转折角频率处由于陷波器本身的特性影响也比较小：因此整个图在低通滤波器的转折角频率附近影响最大，将这个部分的频谱曲线抬高，相当于减小了系统带宽使得在这个附近的谐波能够无衰减地通过。根据前面的分析，由于和腹不是一个稳定的常数使得系统检测出的谐波总和不能反映系统的真实谐波含量。为了减小系统误差通常会把参数竹取得较小，但是这样牺牲了系统动态时间。在这样的一个矛盾下可以先保证系统的动态响应时间即

10、将值取得比较大。再考虑到系统中没有蚺的角频率分量影响较大的是参考角频率附近，的主要次谐波。而陷波器必须对这些谐波有良好的带宽。这样低通滤波器参数的选择可以根据所要滤掉的最低次数来选择。例如对于多数系统最低谐波分量为次可以根据次谐波的衰减要求来确定参数仿真结果与分析仿真实验采用中的完成。谐波电流用幅值在一。、的方波模拟完成。个参考输入（）和（）中参数，积分器的倍数，这样调节参数竹即可方便地确定系统的基本带宽。基本自适应对消方法的仿真对于第节中的基本自适应对消系统令值分别为和，给出相应的图和种情况下地系统的跟随性能如图和图所示。从图、对比可以看出对于基本自适应对消检测方法系统的性能完全取决于的取值

11、。当时。系统有比较小的幅值衰减和相位漂移，系统稳定后具有较高的精度但系统需要。个周期才稳定：当时，系统具有较大的带宽，响应速度较快大概个周期就可以稳定，但是系统的稳态误差较大。经过计算可知，和时，系统的畸变率分别为和乏一警一昏伊（）图基本自适应对消检测法图的比较；一；一（）（）图的变化对检测系统的影响根据第节的讨论，由于。和中含有次谐波导致系统具有一定的误差。选择。进行仿真，如图所示。图基本自适应方法的权向量的变化由图可以验证第节的推理，稳定后的。是一个波动的值除了直流分量外还含有次谐波分量。改进自适应对消方法的仿真根据第节的讨论，当时，动态响应速度较好，但是精度达不到要求；用改进后的系统来进

12、行仿真改进前后的系统图和改进后的跟随性能图形分别如图、所示。在时由图可见，加入了低通滤波器在保证系统的动态响应前提下减小了陷波器参考角频率右侧附近的带宽，提高了系统的精度；由图可见。系统只需要大约个周期就可以稳定跟随。与图改进自适应对消检测法图万方数据电力自动化设备第卷：一图改进自适应对消系统的跟随性能基本自适应方法所用时间基本相等但计算出系统的畸变率为。通过该仿真实验可以看出改进后的系统可以改善检测精度和动态响应时间之间的矛盾。结论本文通过理论分析和仿真实验相结合分析了基本自适应对消模拟检测方法的缺陷并且针对这个缺陷提出了改进的方法，可以得出以下结论：基本自适应对消系统由于其权向量不为一个恒

13、定值导致了系统不可能准确检测出系统的谐波电流：通过一个简单的低通滤波器将陷波器的带宽变窄可以使得系统在检测精度和动态响应时间之间寻找到一个最佳点。参考文献：陟晶，刘文华，宋强，等有源电力滤波器的实时数字仿真器的研究与实现电力系统自动化，（）：，】，（）：李战鹰，任震，杨泽民有源滤波装置及其应用综述电网技术，（）：，山，（）：唐欣，罗安，涂春鸣基于递推型积分的混合有源滤波器电流控制中国电机工程学报，（）：，】，（）：朱鹏程，李勋，康勇，等统一电能质量控制器控制策略研究中国电机工程学报，（）：，（）：张俊敏基于理论谐波检测方法的研究中南民族大学学报：自然科学版，（）：，（）：刘国海，吕汉闻，刘颖，

14、等基于改进算法的谐波电流检测方法电力自动化设备，（）：，：，（）：李萍，刘小河基于算法的电流检测电力自动化设备，（）：，（，（）：孙驰，魏光辉基于同步坐标变换的三相不对称系统的无功与谐波电流的检测中国电机工程学报，（）：，：，（）：丁洪发段献忠同步检测法的改进及其在三相不对称无功补偿中的应用中国电机工程学报，（）：，（）：林海雪公用电网谐波国标中的几个问题电网技术，（）：，（）：熊元新，陈允平正弦电路瞬时功率理论研究！电网技术，（）：，。（）：刘敏，王克英基于快速傅里叶变换与误差最小原理的谐波分析方法电网技术，（）：，（）：，：，（）：，（）：戴朝波，林海雪两种谐波电流检测方法的比较研究中国电

15、机工程学报，（）：，（）：曾令全，白志亮，曾德俊，等基于自适应神经网络的有源电力滤波器谐波电流提取方法：电力自动化设备，（）：，（）：，。，（）：（实习编辑：李莉）作者简介：张俊敏（一）。女，湖北襄樊人，副教授，博士，研究方向为电力系统谐波检测（：）。万方数据基于窗插值的谐波分析方法陈国志，陈隆道，蔡忠法（浙江大学电气工程学院，浙江杭州）摘要：用于电力系统谐波分析的加窗插值算法中，窗算法运算量小，但测量精度较低。窗算法分析精度高，但插值修正公式计算复杂。提出一种基于窗插值的谐波分析方法。推导了窗的显式插值系数公式。以及谐波的频率、幅值和相位的插值修正公式。通过消除基波对次谐波的频谱干涉调整次谐

16、波插值系数的估算方法，提高算法的分析精度。对该算法与窗、项（）窗和窗插值算法进行仿真对比。验证了该算法具有更高的分析精度。对微波炉电流的实验研究进一步验证了所提算法的有效性。关键词：谐波：窗；插值；电力系统中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言电力电子装置的广泛应用使电网中产生了大量的高次谐波。谐波问题被认为是电网的一大公害【引，因此谐波的准确测量具有重要意义。傅里叶变换是常用的电力谐波分析方法具有计算简单和易于工程实现的特点，但快速傅里叶变换（）在非同步采样时，频谱泄漏和栅栏效应会影响的谐波分析精度。加窗插值算法是抑制频谱泄漏和消除栅栏效应的有效方法。插值算法常用的窗函数有窗、窗引、窗、窗：、最优余弦窗引、卷积窗、窗：】等。窗的插值公式简单，可以直接计算插值系数计算量小，但其最大旁瓣为一，对谐波参数的估计精度不高。增加余弦组合窗的项数能够提高谐波的分析精度。项数越多，窗函数的旁瓣特性越好。但同时会增加插值算法的计算量。收稿日期：；修回日期：例如，项窗的最大旁瓣为一，分析精度高但它的插值修正公式计算复杂每一次插值运算都要解一次一元七次方程。为减少复杂窗函数插值的运算量提出了各种改进方法如线性插值：、双峰谱线插值等。这些方法虽然能在一定程度上减少计算量但仍然难以从根本上解决复杂窗函数插值运算