礦井提升機(jī)電機(jī)諧波及無功電流的一種新的檢測方法探究

1、作者簡介:劉倫飛,工程師,山東中煙公司滕州卷煙廠,山東·滕州。郵政編碼:277500張國環(huán),遼寧經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,遼寧·沈陽。郵政編碼:110112胥良,黑龍江科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院,黑龍江·哈爾濱。郵政編碼:150027文章編號(hào):16726758(20110300612礦井提升機(jī)電機(jī)諧波及無功電流的一種新的檢測方法探究劉倫飛張國環(huán)胥良摘要:隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模不斷地?cái)U(kuò)大,提升機(jī)電機(jī)功率越來越大,其諧波和無功危害日益嚴(yán)重。抑制諧波和無功補(bǔ)償效果好,必須解決諧波檢測電路的實(shí)時(shí)性、精度高、誤差小等問題,擬針對上述問題,提出一種將自適應(yīng)噪聲對消技術(shù)用于電機(jī)諧波和無功電流

2、檢測的新方法。通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn),很好地解決了檢測電路的實(shí)時(shí)性、精度和誤差等問題。關(guān)鍵詞:提升機(jī);自適應(yīng);有源電力濾波器;檢測電路中圖分類號(hào):TB97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 為了滿足礦井規(guī)模和產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大,礦井提升機(jī)的功率越來越大,單機(jī)功率都在1000kW 以上。提升機(jī)工作時(shí),經(jīng)常處在頻繁啟動(dòng)和輕載運(yùn)行,這樣造成諧波電流較大、功率因數(shù)較低,嚴(yán)重危害電網(wǎng)質(zhì)量和其他設(shè)備的安全運(yùn)行。利用傳統(tǒng)的無源LC 濾波器和一些無功補(bǔ)償裝置,由于受自身能力的限制,已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展,出現(xiàn)了有源電力濾波器(APF ,它對電網(wǎng)阻抗和諧波頻率有較好適應(yīng)能力,且不會(huì)產(chǎn)生諧波放大和

3、過載,被廣泛應(yīng)用。有源電力濾波器的基本原理是實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)諧波和無功電流,然后產(chǎn)生與之大小相等、相位相反的電流,進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償,使電網(wǎng)電流成為與電壓同相位的正弦波,從而達(dá)到抑制諧波、補(bǔ)償無功的目的1。有源電力濾波器補(bǔ)償電流大小、方向、相位及精度很大程度取決于諧波的檢測電路。如果檢測電路具有實(shí)時(shí)性好、精度高、誤差小等優(yōu)點(diǎn),有源電力濾波器的補(bǔ)償就會(huì)較好。否則,有源電力濾波器補(bǔ)償電流要么大于諧波電流,出現(xiàn)過補(bǔ)償,從而成為又一諧波源;要么小于諧波電流,出現(xiàn)欠補(bǔ)償。諧波檢測對有源電力濾波器補(bǔ)償起很大的決定性作用,如果要求有源電力濾波器的補(bǔ)償效果好,必須使諧波檢測電路具有實(shí)時(shí)性好、精度高、誤差小等優(yōu)點(diǎn),實(shí)時(shí)性

4、和連續(xù)性均有賴于無功電流的檢測的實(shí)時(shí)性和精度,所以有必要深入研究諧波測量電路2。一基于自適應(yīng)干擾對消原理的諧波檢測方法自適應(yīng)干擾對消理論技術(shù)是近年來得到廣泛使用的信號(hào)處理技術(shù)。由于它能夠通過不斷的自我學(xué)習(xí)和自我調(diào)整使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài),所以在不同的領(lǐng)域得到應(yīng)用。自適應(yīng)干擾對消原理是:系統(tǒng)有兩個(gè)輸入端原始輸入和參考輸入端(原理圖參見圖1。系統(tǒng)的原始輸入是信號(hào)S 和加性噪聲N 0,S 和N 0不相關(guān)。系統(tǒng)的參考輸入端是噪聲N 1與N 0相關(guān)但與S 不相關(guān)。原始輸入信號(hào)(S +N 0與自適應(yīng)濾波器的輸出信號(hào)Y 相減得到系統(tǒng)輸出Z ,也就是誤差信號(hào)e 。由e 對自適應(yīng)濾波器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),使其輸出Y 逼

5、近N 0,從而使系統(tǒng)輸出Z 逼近信號(hào)S ,使干擾噪聲得到抵消 。圖1自適應(yīng)噪聲對消器原理該技術(shù)應(yīng)用在礦井提升機(jī)諧波和無功電流實(shí)時(shí)檢測中,對于三相交流正弦電路,以A 相為例B 、C 兩相的情況,以此類推,但參考輸入分別為sin (t 120和sin (t +120。假設(shè)相電壓(在電壓畸變情況下,取其基波分量是:u SA (t =U m sin t (1流進(jìn)非線性負(fù)載的該相周期性非正弦交流電流可用傅立葉級(jí)數(shù)展開為:i AL (t =n =1I Am sin (n t +n =I A1m sin (t +1+n =2I Am sin (n t +n =I A1m cos 1sin (t +I A1m

6、 sin 1cos (t +n =2I mn sin(n t +n =i A1p (t +i A1q (t +i Ah (t =i A1p (t +i AF (t (2式中:i A1p (t A 相基波有功電流,i A1q (t A 相基波無功電流,i Ah (t A 相高次諧波電流,i AF (t A 相待檢測的諧波和無功電流。根據(jù)有功電流定義可知,i A1p (t 與u SA (t 同相位的是彼此相關(guān)的,而i AF (t 與是不相關(guān)的。應(yīng)用自適應(yīng)噪聲對消原理,將i AL (t 作為原始輸入,而sin t 作為參考輸入,則系統(tǒng)輸出Z 將最終逼近待檢測的諧波和無功電·16·

7、第11卷第3期2011年3月雞西大學(xué)學(xué)報(bào)JOURNAL OF JIXI UNIVERSITYVol11No3Mar2011流i AF(t。圖1中的自適應(yīng)濾波器用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)2,其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用單輸入的自適應(yīng)線性元件(Adaline,其權(quán)值為W A為模擬量,在區(qū)間1,1之間取隨機(jī)值,閾值為零,學(xué)習(xí)率先選h=011,以后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整,慣性系數(shù)為a=01,從而使其結(jié)構(gòu)比較簡單,而且具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力。二計(jì)算機(jī)仿真研究在仿真研究中,=2f,f=50Hz。負(fù)載電流i ALt為頻率等于f,幅值1的方波,其滯后sint相位30,為了觀察系統(tǒng)的跟蹤檢測情況,i AL(t由第四個(gè)周期起,幅值從1

8、躍變?yōu)?,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練參數(shù)保持不變。仿真結(jié)果如圖2、3所示。從圖中可以看出,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波和無功電流檢測系統(tǒng)的輸出和理論計(jì)算值吻合得較好,波形相同且沒有時(shí)延;而且能夠快速跟蹤負(fù)載電流的變化,符合電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況;在檢測初始階段和負(fù)載電流變化時(shí),大約經(jīng)過半個(gè)周期的迭代就可以和理論計(jì)算值吻合,有較高的檢測精度 。圖2A相基波有功電流波形1理論計(jì)算波形;2計(jì)算機(jī)仿真波形三結(jié)論由前面論述的本方法的檢測原理可知,和一些傳統(tǒng)的檢測方法相比,此方法適用于電壓波形有畸變的情況并能對變化的負(fù)載電流進(jìn)行跟蹤檢測,更符合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況,仿真結(jié)果也表明該方法可以實(shí)時(shí)地、高精度地檢測非線性負(fù)載

9、電流中的諧波和無功電流,并能對變化的負(fù)載電流進(jìn)行跟蹤檢測,可以用于礦井提升機(jī)諧波及無功電流檢測;另外,此檢測方法同時(shí)適用于三相和單相電路 。圖3A相諧波和無功電流波形1理論計(jì)算波形;2計(jì)算機(jī)仿真波形參考文獻(xiàn)1王兆安,楊君,劉進(jìn)軍諧波抑制和無功功率補(bǔ)償M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999:2092412胥良,郭松林大電機(jī)諧波及無功電流檢測方法的研究J計(jì)量學(xué)報(bào),2009(2:46483王群,吳寧,王兆安一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波測量方法J電網(wǎng)技術(shù),1999,23(1:37404韓力群人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用M北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002(1:53555周雒維,江澤佳,吳寧基于補(bǔ)償電流最小原理的諧

10、波與無功電流檢測方法J電工技術(shù)學(xué)報(bào),1998,13 (3:33366王群,吳寧,謝品芳一種基于神經(jīng)元的自適應(yīng)諧波電流檢測法J電力系統(tǒng)自動(dòng)化,1997,21(10:13167李建林,張仲超關(guān)于諧波及無功電流檢測方法的綜述J電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào),2003,15(4:8994A New Detecting Method on Harmonic and Reactive Power Current of Mine Hoister MotorLiu Lunfei Zhang Guohuan Xu LiangAbstract:With the increase of production capacit

11、y in coal mine,the power of mine hoister motor is steadily increasing, and the harm caused by harmonious and reactive power is growingIn order to acquire good results in harmonic suppression and reactive power compensation,the realtime and accuracy of harmonics detection circuit must be solvedA new selfadaptive noise countervailing method is used to detect the harmonious and reactive power curr