第三章 諧波檢測

1、中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所第三章第三章 諧波的檢測諧波的檢測授課老師：危韌勇授課老師：危韌勇E-mail：時(shí)間：時(shí)間：10/19/2021中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所contentcontent背景背景3.1 諧波檢測概述諧波檢測概述3.2 基于基于FFT的諧波檢測的諧波檢測3.3 基于瞬時(shí)功率理論的檢測基于瞬時(shí)功率理論的檢測3.4 基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測3.5 小結(jié)小結(jié)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所contentcontent背景背

2、景3.1 諧波檢測概述諧波檢測概述3.2 基于基于FFT的諧波檢測的諧波檢測3.3 基于瞬時(shí)功率理論的檢測基于瞬時(shí)功率理論的檢測3.4 基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測3.5 小結(jié)小結(jié)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所 近年來，一些非線性和時(shí)變性電子裝置如整流器近年來，一些非線性和時(shí)變性電子裝置如整流器、逆變器和各種開關(guān)電源等大規(guī)模地應(yīng)用，以及工、逆變器和各種開關(guān)電源等大規(guī)模地應(yīng)用，以及工業(yè)用電弧爐、電力機(jī)車等大功率非線性和時(shí)變性電業(yè)用電弧爐、電力機(jī)車等大功率非線性和時(shí)變性電子裝置的使用，使得電網(wǎng)中電流波形嚴(yán)重畸變，含子裝置的使用，使得電網(wǎng)中電流波

3、形嚴(yán)重畸變，含有大量的諧波和無功分量，給電能的生產(chǎn)和傳輸帶有大量的諧波和無功分量，給電能的生產(chǎn)和傳輸帶來危害，也影響電子設(shè)備的應(yīng)用。來危害，也影響電子設(shè)備的應(yīng)用。 下面我以一個(gè)很常見的實(shí)例來引出今天要講的下面我以一個(gè)很常見的實(shí)例來引出今天要講的內(nèi)容。內(nèi)容。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所ilai+-Vcav+-VcVbcv+-VbVabv+-VaUniversal BridgegABC+-Synchronized6-Pulse Generatoralpha_degABBCCABlockpulsesGotoia00 RL圖圖1 1 三相橋式全控整流電

4、路三相橋式全控整流電路 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所圖圖2 2 交流側(cè)電壓、電流及直流側(cè)電壓波形交流側(cè)電壓、電流及直流側(cè)電壓波形 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所圖圖3 3 諧波電流諧波電流FFT分析分析 00.10.20.30.40.5-1000100Selected signal: 25 cycles. FFT window (in red): 6 cyclesTime (s)051015200510152025Harmonic orderFundamental (50Hz) = 127.3 ,

5、 THD= 31.01%Mag中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所 上面的例子是一個(gè)典型的非線性的三相橋式整流上面的例子是一個(gè)典型的非線性的三相橋式整流裝置，線電流經(jīng)傅里葉分解后可以知道，其除了含裝置，線電流經(jīng)傅里葉分解后可以知道，其除了含有基波還含有大量的高次諧波。有基波還含有大量的高次諧波。 在生活中，像這樣的負(fù)載越來越普遍，如變頻在生活中，像這樣的負(fù)載越來越普遍，如變頻空調(diào)、周波變流器、大功率二極管或晶閘管整流器空調(diào)、周波變流器、大功率二極管或晶閘管整流器等。隨著人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，諧波的等。隨著人們對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，諧波的治理

6、顯得非常的重要，諧波檢測是諧波抑制中的關(guān)治理顯得非常的重要，諧波檢測是諧波抑制中的關(guān)鍵技術(shù)。鍵技術(shù)。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所contentcontent背景背景3.1 諧波檢測概述諧波檢測概述3.2 基于基于FFT的諧波檢測的諧波檢測3.3 基于瞬時(shí)功率理論的檢測基于瞬時(shí)功率理論的檢測3.4 基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測3.5 小結(jié)小結(jié)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所n諧波檢測概述諧波檢測概述交流電力系統(tǒng)自誕生起，在產(chǎn)生基波電量的同時(shí)就交流電力系統(tǒng)自誕生起，在產(chǎn)生基波電量的同時(shí)就孿生了諧波

7、問題。目前，諧波已成為污染電力系統(tǒng)孿生了諧波問題。目前，諧波已成為污染電力系統(tǒng)的嚴(yán)重公害之一，解決電力系統(tǒng)諧波問題顯得非常的嚴(yán)重公害之一，解決電力系統(tǒng)諧波問題顯得非常迫切。電力系統(tǒng)諧波問題涉及面很廣，包括諧波檢迫切。電力系統(tǒng)諧波問題涉及面很廣，包括諧波檢測、諧波分析、諧波源分析、電網(wǎng)諧波潮流計(jì)算、測、諧波分析、諧波源分析、電網(wǎng)諧波潮流計(jì)算、諧波抑制以及在諧波情況下各種電氣量的測量和分諧波抑制以及在諧波情況下各種電氣量的測量和分析等。諧波檢測是諧波問題中的一個(gè)重要分支，是析等。諧波檢測是諧波問題中的一個(gè)重要分支，是各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)和主要依據(jù)。各項(xiàng)工作的基礎(chǔ)和主要依據(jù)。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能

8、源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所n諧波檢測概述諧波檢測概述現(xiàn)有的諧波檢測法按照原理可分為：現(xiàn)有的諧波檢測法按照原理可分為：(1)模擬濾波器模擬濾波器；(2)基于基于fryze傳統(tǒng)功率定義的諧波檢測法；傳統(tǒng)功率定義的諧波檢測法；(3)基于基于傅立葉變換的諧波檢測法；傅立葉變換的諧波檢測法；(4)基于瞬時(shí)無功功率理基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測法：論的諧波檢測法：(5)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測法；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測法；(6)基于基于ANN原理的諧波檢測法；原理的諧波檢測法；(7)基于小波分析的基于小波分析的諧波檢測法。諧波檢測法。下面重點(diǎn)介紹應(yīng)用非常廣泛的三種方法：下面重點(diǎn)介紹應(yīng)

9、用非常廣泛的三種方法：FFT諧波諧波分析、基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測法和基于分析、基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測法和基于ANN原理的諧波檢測法。原理的諧波檢測法。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所contentcontent背景背景3.1 諧波檢測概述諧波檢測概述3.2 基于基于FFT的諧波檢測的諧波檢測3.3 基于瞬時(shí)功率理論的檢測基于瞬時(shí)功率理論的檢測3.4 基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測3.5 小結(jié)小結(jié)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所傅里葉級(jí)數(shù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)傅里葉級(jí)數(shù)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)v三角級(jí)數(shù)三角級(jí)數(shù) 形

10、如形如 的級(jí)數(shù)稱為三角級(jí)數(shù)的級(jí)數(shù)稱為三角級(jí)數(shù) 其中其中a a0 0 a an n b bn n( (n n 1 1 2 2 ) )都是常數(shù)都是常數(shù). . v三角函數(shù)系三角函數(shù)系 v三角函數(shù)系的正交性三角函數(shù)系的正交性 三角函數(shù)系中任何兩個(gè)不同的函數(shù)的乘積在三角函數(shù)系中任何兩個(gè)不同的函數(shù)的乘積在 上的積分等于零上的積分等于零 而而任何兩個(gè)相同的函數(shù)的乘積在任何兩個(gè)相同的函數(shù)的乘積在 上的積分不等于零上的積分不等于零. . )sincos(2110nxbnxaannn1 cos x sin x cos 2x sin 2x cos nx sin nx . . 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)

11、量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所 設(shè)設(shè)f(x)是周期為是周期為2 的周期函數(shù)的周期函數(shù) 且能展開成三角級(jí)數(shù)且能展開成三角級(jí)數(shù): : 且假定三角級(jí)數(shù)可逐項(xiàng)積分且假定三角級(jí)數(shù)可逐項(xiàng)積分 則則 系數(shù)系數(shù)a0 a1 b1 叫做函數(shù)叫做函數(shù)f(x)的傅里葉系數(shù)的傅里葉系數(shù). . v傅里葉系數(shù)傅里葉系數(shù) 10)sincos(2)(kkkkxbkxaaxf dxxfa)(10 nxdxxfancos)(1 (n 1 2 ) nxdxxfbnsin)(1 (n 1 2 ). 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v收斂條件收斂條件狄利克雷充分條件狄利克雷充分條件

12、設(shè)設(shè)f(x)是周期為是周期為2 的周期函數(shù)的周期函數(shù) 如果它滿足如果它滿足: : (1) (1)在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)連續(xù)或只有有限個(gè)第一類間斷點(diǎn) (2)在一個(gè)周期內(nèi)至多只有有限個(gè)極值點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)至多只有有限個(gè)極值點(diǎn) 則則f(x)的傅里葉的傅里葉級(jí)數(shù)收斂級(jí)數(shù)收斂 并且：并且：當(dāng)當(dāng)x是是f(x)的連續(xù)點(diǎn)時(shí)的連續(xù)點(diǎn)時(shí) 級(jí)數(shù)收斂于級(jí)數(shù)收斂于f(x); ; ( 0 當(dāng)當(dāng)x是是f(x)的間斷點(diǎn)時(shí)的間斷點(diǎn)時(shí) 級(jí)數(shù)收斂于級(jí)數(shù)收斂于 . . )0(21xfxf中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所離散傅里葉變換（離散傅里葉變換（DFT）v

13、離散傅里葉變換概述離散傅里葉變換概述 實(shí)際上，電力系統(tǒng)的非正弦周期波都是不規(guī)則的實(shí)際上，電力系統(tǒng)的非正弦周期波都是不規(guī)則的畸變波形，無法表示成函數(shù)解析式后用上述傅里葉級(jí)畸變波形，無法表示成函數(shù)解析式后用上述傅里葉級(jí)數(shù)進(jìn)行計(jì)算。一種常用的方法就是對(duì)該種波形的時(shí)間數(shù)進(jìn)行計(jì)算。一種常用的方法就是對(duì)該種波形的時(shí)間連續(xù)信號(hào)用采樣裝置進(jìn)行等間隔采樣，并把采樣值依連續(xù)信號(hào)用采樣裝置進(jìn)行等間隔采樣，并把采樣值依次轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，然后借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速諧波分次轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列，然后借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速諧波分析。析。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v離散傅里葉變換方法離散

14、傅里葉變換方法 離散傅里葉變換的實(shí)質(zhì)是把定積分計(jì)算返回到近離散傅里葉變換的實(shí)質(zhì)是把定積分計(jì)算返回到近似的累加和計(jì)算。離散傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)換步驟如下：似的累加和計(jì)算。離散傅里葉系數(shù)轉(zhuǎn)換步驟如下：1 1） 規(guī)格化，并入規(guī)格化，并入 中中2 2） 和和 積分式數(shù)字化，即連續(xù)函數(shù)積分式數(shù)字化，即連續(xù)函數(shù)f(x)代以離散序代以離散序列列 即用離散點(diǎn)代替連續(xù)點(diǎn)，用即用離散點(diǎn)代替連續(xù)點(diǎn)，用 的優(yōu)的優(yōu)先增量代替趨近于零的極限值。先增量代替趨近于零的極限值。3）相應(yīng)的定積分用被積元素的累加和代替。）相應(yīng)的定積分用被積元素的累加和代替。0anaNTtdt/kftnanb中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研

15、究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v離散傅里葉變換離散形式離散傅里葉變換離散形式 離散傅里葉變換離散型式為：離散傅里葉變換離散型式為： 1, 2 , 1 , 02sin22sin21, 2 , 1 , 02cos22cos210101010NnnNkfNNTnNkfTbNnnNkfNNTnNkfTaNkkNkknNkkNkkn中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v離散傅里葉變換諧波分析實(shí)例離散傅里葉變換諧波分析實(shí)例 對(duì)以下含諧波的電流信號(hào)進(jìn)行對(duì)以下含諧波的電流信號(hào)進(jìn)行DFT，其中信號(hào)采，其中信號(hào)采樣頻率設(shè)定為樣頻率設(shè)定為6.4k，即每個(gè)工頻周期采樣，即每個(gè)

16、工頻周期采樣128點(diǎn)，仿點(diǎn)，仿真時(shí)間設(shè)為真時(shí)間設(shè)為0.4s，檢測信號(hào)基波幅值在，檢測信號(hào)基波幅值在0.2s時(shí)增大一時(shí)增大一倍，原始電流信號(hào)設(shè)定為：倍，原始電流信號(hào)設(shè)定為：)7/7cos(1 . 0)3/5cos(2 . 0)6/3cos(5 . 0)4/2cos(8 . 0)4/cos(2tttttu中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所clear; nst=0.4;%stop time nf=50.0; nw=2*f*pi; ndt=1/6400;%Sampling time nn=1/(f*dt); nt1=dt:dt:(0.2-dt); nt2=0

17、.2:dt:st; nt=t1 t2; nu1=2*cos(w*t1-pi/4)+0.8*cos(5*w*t1-pi/4) +0.2*cos(7*w*t1-pi/3); nu2=4*cos(w*t2-pi/4)+0.8*cos(5*w*t2-pi/4)+0.2*cos(7*w*t2-pi/3); nu=u1 u2; na=0; nb=0;nfor i=1:(st/dt); n if in; a=a-u(i-n)*cos(w*t(i-n)+u(i)*cos(w*t(i); b=b-u(i-n)*sin(w*t(i-n)+u(i)*sin(w*t(i); uj(i)=sqrt(a*a+b*b)*2

18、/n*sin(w*t(i)+atan(a/b); else a=u(i)*cos(w*t(i)+a; b=u(i)*sin(w*t(i)+b; uj(i)=sqrt(a*a+b*b)*2/n*sin(w*t(i)+atan(a/b); end end figure(1) subplot(3,1,1); plot(t,u);grid; subplot(3,1,2); plot (t,uj);grid; subplot(3,1,3); plot (t,u-uj);grid;v離散傅里葉變換離散傅里葉變換MATLABMATLAB仿真程序仿真程序 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新

19、能源與電能質(zhì)量控制研究所0.10.120.140.160.180.20.220.240.260.280.3-5050.10.120.140.160.180.20.220.240.260.280.3-5050.10.120.140.160.180.20.220.240.260.280.3-2024v仿真結(jié)果仿真結(jié)果 圖圖4 4 原始電流及原始電流及DFTDFT檢測基波、諧波波形圖檢測基波、諧波波形圖中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所contentcontent背景背景3.1 諧波檢測概述諧波檢測概述3.2 基于基于FFT的諧波檢測的諧波檢測3.3 基于

20、瞬時(shí)功率理論的檢測基于瞬時(shí)功率理論的檢測3.4 基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測3.5 小結(jié)小結(jié)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v瞬時(shí)功率理論瞬時(shí)功率理論 傳統(tǒng)功率理論概念的一個(gè)特征是將三相系統(tǒng)作為傳統(tǒng)功率理論概念的一個(gè)特征是將三相系統(tǒng)作為三個(gè)單相系統(tǒng)來處理，由于交流信號(hào)的變動(dòng)并不便于三個(gè)單相系統(tǒng)來處理，由于交流信號(hào)的變動(dòng)并不便于跟蹤信號(hào)，故而日本學(xué)者赤木泰文跟蹤信號(hào)，故而日本學(xué)者赤木泰文(H.Akagi)(H.Akagi)等人提等人提出的建立在瞬時(shí)值基礎(chǔ)上的三相電路瞬時(shí)無功功率理出的建立在瞬時(shí)值基礎(chǔ)上的三相電路瞬時(shí)無功功率理論即論即P-QP-Q

21、理論，它先將電壓和電流從理論，它先將電壓和電流從abcabc坐標(biāo)系變換到坐標(biāo)系變換到00坐標(biāo)系，然后在坐標(biāo)系，然后在00坐標(biāo)系中定義瞬時(shí)功率。坐標(biāo)系中定義瞬時(shí)功率。 要了解瞬時(shí)功率理論，首先必須從坐標(biāo)變換開始，要了解瞬時(shí)功率理論，首先必須從坐標(biāo)變換開始，在這個(gè)理論體系中用到了在這個(gè)理論體系中用到了ClarkeClarke變換即變換即00變換。變換。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v瞬時(shí)功率理論瞬時(shí)功率理論 111222333022abcvVvVvabc-abc-坐標(biāo)系坐標(biāo)系CLARKCLARK變換公式：變換公式：cossin2sincos3dqvv

22、vvPARKPARK變換公式：變換公式：cbaqdvvvttttttvv)32sin()32sin(sin)32cos()32cos(cos32abc-dqabc-dq坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v三相三線制系統(tǒng)中的三相三線制系統(tǒng)中的P-QP-Q理論理論 在在坐標(biāo)系中的電壓和電流用右下圖所示的矢坐標(biāo)系中的電壓和電流用右下圖所示的矢量表示，其可以表示為：量表示，其可以表示為： 瞬時(shí)復(fù)功率被定義為電壓矢量與電流矢量的共軛瞬時(shí)復(fù)功率被定義為電壓矢量與電流矢量的共軛的乘積，如下式所示：的乘積，如下式所示：evjviiji)()()(iv

23、ivjivivjiijvviesivivpivivq中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v三相三線制系統(tǒng)中的三相三線制系統(tǒng)中的P-QP-Q理論理論 并再由并再由parkpark變換進(jìn)一步可以得到：變換進(jìn)一步可以得到： dq dq變換將三相系統(tǒng)作為一個(gè)單元考慮還不是三變換將三相系統(tǒng)作為一個(gè)單元考慮還不是三個(gè)單向系統(tǒng)的疊加，將電流電壓分解為有功和無功個(gè)單向系統(tǒng)的疊加，將電流電壓分解為有功和無功的分量，使其都成為便于跟蹤的直流信號(hào)。的分量，使其都成為便于跟蹤的直流信號(hào)。d dq qpv iv iq dd qqv iv i中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能

24、質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v三相三線制系統(tǒng)中的三相三線制系統(tǒng)中的P-QP-Q理論理論 基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測法現(xiàn)已包括基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測法現(xiàn)已包括p-qp-q法、法、ip-iqip-iq法和法和d-qd-q法。法。p-qp-q法應(yīng)用最早法應(yīng)用最早, ,適用于三相對(duì)稱適用于三相對(duì)稱且無畸變的公用電網(wǎng)；且無畸變的公用電網(wǎng)；ip-iqip-iq法不僅適用于三相不對(duì)法不僅適用于三相不對(duì)稱公用電網(wǎng)稱公用電網(wǎng), ,而且對(duì)電網(wǎng)電壓畸變也有效；基于同步而且對(duì)電網(wǎng)電壓畸變也有效；基于同步旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)ParkPark變換的變換的d-q d-q 法法, ,簡化了對(duì)稱無畸變情況下的簡化了對(duì)稱無畸

25、變情況下的電流增量檢測電流增量檢測, ,同時(shí)也適用于不對(duì)稱、有畸變情況下同時(shí)也適用于不對(duì)稱、有畸變情況下的電流增量檢測。基于瞬時(shí)無功功率理論的檢測法的電流增量檢測?；谒矔r(shí)無功功率理論的檢測法具有較好的實(shí)時(shí)性具有較好的實(shí)時(shí)性, ,在三相電路中得到了廣泛的應(yīng)用。在三相電路中得到了廣泛的應(yīng)用。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v三相三線制系統(tǒng)中的三相三線制系統(tǒng)中的P-QP-Q理論理論 在前面對(duì)瞬時(shí)功率理論的講解基礎(chǔ)上，對(duì)電流在前面對(duì)瞬時(shí)功率理論的講解基礎(chǔ)上，對(duì)電流諧波的諧波的ip-iq檢測方法做介紹。檢測方法做介紹。 對(duì)實(shí)功率對(duì)實(shí)功率p和虛功率和虛功率q

26、均可以寫成如下的形式：均可以寫成如下的形式： 其中其中 為平均功率，與傳統(tǒng)的有功、無功相為平均功率，與傳統(tǒng)的有功、無功相對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)。 為振蕩功率，都與負(fù)載電流中存在的諧為振蕩功率，都與負(fù)載電流中存在的諧波有關(guān)。波有關(guān)。qqqpppqp、qp、中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v瞬時(shí)實(shí)功率與虛功率的物理意義瞬時(shí)實(shí)功率與虛功率的物理意義 在傳統(tǒng)的功率理論中，無在傳統(tǒng)的功率理論中，無功功率被定義為瞬時(shí)（有功）功功率被定義為瞬時(shí)（有功）功率的一個(gè)分量，只是該分量功率的一個(gè)分量，只是該分量的平均值等于零。在瞬時(shí)功率的平均值等于零。在瞬時(shí)功率理論中，實(shí)功率和虛功

27、率均有理論中，實(shí)功率和虛功率均有明確的物理意義：實(shí)功率明確的物理意義：實(shí)功率p：單：單位時(shí)間內(nèi)總的瞬時(shí)能量流；虛位時(shí)間內(nèi)總的瞬時(shí)能量流；虛功率功率q：各相之間進(jìn)行交換的能：各相之間進(jìn)行交換的能量，沒有能量傳遞的作用。量，沒有能量傳遞的作用。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v三相三線制系統(tǒng)中的三相三線制系統(tǒng)中的P-QP-Q理論理論 圖圖5 5 平均有功與振蕩有功示意圖平均有功與振蕩有功示意圖 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v三相三線制系統(tǒng)中的三相三線制系統(tǒng)中的P-QP-Q理論理論 通過低通濾波器將通過低

28、通濾波器將 濾除，即可得到只與基濾除，即可得到只與基波有關(guān)的波有關(guān)的 ，再通過功率與電流的換算公式即可，再通過功率與電流的換算公式即可得到基波電流，將原始電流減去基波電流即可得到得到基波電流，將原始電流減去基波電流即可得到諧波電流，這就是瞬時(shí)功率理論檢測諧波的諧波電流，這就是瞬時(shí)功率理論檢測諧波的核心思核心思想想。 負(fù)載電流可以用下式表示：負(fù)載電流可以用下式表示： 得到電流基波分量后，諧波分量得到電流基波分量后，諧波分量 、 就非常就非常容易得到了。容易得到了。qp、qp、qapaqapaliiiiipaiqai中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所vi

29、p-iqip-iq法諧波電流檢測原理法諧波電流檢測原理 圖圖6 ip-iq6 ip-iq法諧波電流檢測原理框圖法諧波電流檢測原理框圖 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所vip-iqip-iq法諧波電流檢測仿真模型法諧波電流檢測仿真模型 powerguiDiscrete,Ts = 5e-006 sip_iqUabcIabc(pu)UrefUdciah*ibh*ich*ia_iaf_iahharmony _iref_irealVs_IsVload _iloadVdc_ref&realVdc_refV-I VabcIabcABCabcV-I VabcIab

30、cABCabcUniversal BridgeABC+-APFiah*ibh*ich*icaicbicc220V/50HZNABC220V/220VABCabc RL 1ia_refia_realia_iaf_iahVdcIabc Iabc 圖圖7 7 基于基于ip-iqip-iq法有源濾波器仿真圖法有源濾波器仿真圖 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所vip-iqip-iq法諧波電流檢測仿真模型法諧波電流檢測仿真模型 圖圖7 7 基于基于ip-iqip-iq法諧波電流檢測仿真圖法諧波電流檢測仿真圖 ich*3ibh *2iah *1sin_cospq

31、2isin_cosip_iq_ia_ib_i2pqsin_cosi_ai_bipiqVaPLLV(pu)FreqwtSin_CosPI PIC32iaibici_ai_bC23ia_ib_iaf*ibf*icf*2nd Filter 1 Fo=60Hz2nd Filter Fo=60Hz-K-ia_iaf_iahIcpIcpiah iah Udc4Uref3Iabc (pu)2Uabc1iaibiciq_ip_中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所vip-iqip-iq法諧波電流檢測仿真波形法諧波電流檢測仿真波形 圖圖7 7 負(fù)載電流以及檢測出的基波、諧

32、波電流波形負(fù)載電流以及檢測出的基波、諧波電流波形 中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所contentcontent背景背景3.1 諧波檢測概述諧波檢測概述3.2 基于基于FFT的諧波檢測的諧波檢測3.3 基于瞬時(shí)功率理論的檢測基于瞬時(shí)功率理論的檢測3.4 基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測3.5 小結(jié)小結(jié)中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所基于基于ANN的諧波檢測的諧波檢測v人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANNANN） 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Network，簡稱，簡稱AN

33、N），以數(shù)學(xué)模型模擬神經(jīng)元活動(dòng)，是基于模仿大），以數(shù)學(xué)模型模擬神經(jīng)元活動(dòng)，是基于模仿大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種信息處理系統(tǒng)。腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種信息處理系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)以及很強(qiáng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)以及很強(qiáng)的非線性函數(shù)逼近能力，擁有強(qiáng)大的容錯(cuò)性。它可以的非線性函數(shù)逼近能力，擁有強(qiáng)大的容錯(cuò)性。它可以實(shí)現(xiàn)仿真、預(yù)測以及模糊控制等功能。是處理非線性實(shí)現(xiàn)仿真、預(yù)測以及模糊控制等功能。是處理非線性系統(tǒng)的有力工具。系統(tǒng)的有力工具。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v基于基于ANNANN的諧波檢測的諧

34、波檢測 基于自適應(yīng)的諧波電流檢測方法利用了自適應(yīng)信基于自適應(yīng)的諧波電流檢測方法利用了自適應(yīng)信號(hào)處理中的噪聲對(duì)消法：當(dāng)原始輸入是信號(hào)和與信號(hào)號(hào)處理中的噪聲對(duì)消法：當(dāng)原始輸入是信號(hào)和與信號(hào)不相關(guān)的加性噪聲組成時(shí)，參考噪聲信號(hào)通過自適應(yīng)不相關(guān)的加性噪聲組成時(shí)，參考噪聲信號(hào)通過自適應(yīng)濾波器處理后與原始輸入相減，經(jīng)過系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整濾波器處理后與原始輸入相減，經(jīng)過系統(tǒng)自適應(yīng)調(diào)整使最小均方誤差最小，實(shí)現(xiàn)抵消干擾噪聲、檢測出信使最小均方誤差最小，實(shí)現(xiàn)抵消干擾噪聲、檢測出信號(hào)的目的，能夠號(hào)的目的，能夠?qū)崟r(shí)的、動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)的檢測諧波。檢測諧波。 當(dāng)自適應(yīng)方法用于諧波檢測時(shí)，將基波分量看當(dāng)自適應(yīng)方法用于諧波檢

35、測時(shí)，將基波分量看作噪聲，通過最小均方誤差算法來作噪聲，通過最小均方誤差算法來調(diào)整權(quán)重調(diào)整權(quán)重，得到被，得到被測電流中的基波分量，從而檢測出諧波。測電流中的基波分量，從而檢測出諧波。中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v基于基于ANNANN的諧波檢測原理的諧波檢測原理 設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓 ，非線性負(fù)載的周期非正，非線性負(fù)載的周期非正弦電流可用傅立葉級(jí)數(shù)展開為弦電流可用傅立葉級(jí)數(shù)展開為 式中式中 和和 分別為基波電流和分別為基波電流和n次諧波電流?？纱沃C波電流?？蓪⑺鼈冞M(jìn)一步分解為正弦和余弦兩部分將它們進(jìn)一步分解為正弦和余弦兩部分tUtusssin)(

36、 )()()sin()sin()(21211tititnItItinnnnnL1ini)()(cossinsincos)(1111111tititItItiqp)()(cossinsincos)(tititnItnItinqnpnnnnn注：注： 和和 分別為基波有功電流和基波無功電流；分別為基波有功電流和基波無功電流； 和和 分分別為別為n n次諧波的正弦和余弦分量。次諧波的正弦和余弦分量。pi1qi1npinqi中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v基于基于ANNANN的諧波檢測原理的諧波檢測原理 設(shè)電源電壓設(shè)電源電壓 ，非線性負(fù)載的周期非正，非線

37、性負(fù)載的周期非正弦電流可用傅立葉級(jí)數(shù)展開為弦電流可用傅立葉級(jí)數(shù)展開為 式中式中 和和 分別為基波電流和分別為基波電流和n次諧波電流?？纱沃C波電流?？蓪⑺鼈冞M(jìn)一步分解為正弦和余弦兩部分將它們進(jìn)一步分解為正弦和余弦兩部分tUtusssin)( )()()sin()sin()(21211tititnItItinnnnnL1ini)()(cossinsincos)(1111111tititItItiqp)()(cossinsincos)(tititnItnItinqnpnnnnn中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院新能源與電能質(zhì)量控制研究所新能源與電能質(zhì)量控制研究所v基于基于ANNANN的諧波檢測原理的諧波檢測

38、原理 用基于自適應(yīng)噪聲對(duì)消法進(jìn)行諧波檢測，取用基于自適應(yīng)噪聲對(duì)消法進(jìn)行諧波檢測，取 作作為原始輸入，若將為原始輸入，若將 作為作為“噪聲干擾噪聲干擾”信號(hào)，則其信號(hào)，則其它高次諧波的總電流它高次諧波的總電流 便是需要檢測的便是需要檢測的“信號(hào)信號(hào)”， 與與 不相關(guān)；取基波正弦和余弦信號(hào)不相關(guān)；取基波正弦和余弦信號(hào) 、 作為作為參考輸入，它們與參考輸入，它們與“噪聲干擾噪聲干擾”電流對(duì)應(yīng)的各次正弦電流對(duì)應(yīng)的各次正弦和余弦分量分別相關(guān)。因此，可通過多路自適應(yīng)濾波和余弦分量分別相關(guān)。因此，可通過多路自適應(yīng)濾波器得到器得到“噪聲干擾噪聲干擾”電流電流 的各分量及的各分量及“信號(hào)信號(hào)” 的的最小均方誤差意義下的逼近值。最小均方誤差意義下的逼近值。Li1ii hiihitsintcosihi中