CN110988469A

CN110988469A - 一种快速谐波检测方法

Info

Publication number: CN110988469A
Application number: CN201911111057.8A
Authority: CN
Inventors: 叶宗彬; 张延澳; 任思远; 邓先明; 谭国俊; 于东升; 梁睿; 耿程飞; 张经纬
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: CN110988469B

Abstract

本发明公开了一种快速谐波检测方法，具体步骤包括：a.对需要进行谐波检测的多相信号进行采样；b.计算空间谐波的实部、虚部分量；c.计算空间谐波幅值、相角。优点：缩短了谐波检测需要的时间，减小了计算需要的存储空间。

Description

一种快速谐波检测方法

技术领域

本发明涉及一种快速谐波检测方法。

背景技术

谐波分析、检测技术在电能质量监控、电子产品生产检验、电器设备监控等众多领域应用广泛，是进行电网监控、质量检验、设备监控的重要技术手段。

供电电网中，大量非线性负荷的投入产生了谐波。近年来随着电力电子技术的飞速发展，许多工业企业引进大量的冲击性负载、不对称负载以及非线性负载，它们在接入电网时不可避免地出现谐波污染现象。因此，对供电电网的电压、电流信号进行谐波分析、检测，可以更好地观测电网电能质量状况，进而为电网谐波抑制和补偿。

目前谐波分析应用最广泛的技术是离散傅里叶变换(DFT)、快速傅里叶变换(FFT)、滑窗离散傅里叶变换(SDFT)。但是，这些算法均需要较长的时间才能获得谐波的有效信息。本专利旨在提供一种快速的谐波检测手段，大大缩短谐波检测的时间，为电网电能质量治理设备进行谐波抑制及补偿等场所提供技术支撑。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种快速谐波检测方法，大大缩短谐波检测的时间，为电网电能质量治理设备进行谐波抑制及补偿等场所提供技术支撑。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种快速谐波检测方法，具体步骤如下：

步骤1，对需要进行谐波检测的周期为T的m相对称电路进行等间隔信号采样；

步骤2，将步骤1中采样得到的信号数据分别存入m个存储深度为

的先入先出存储器FIFO，N为T时间内的采样点数；

步骤3，当采样序号

时，每相第n次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

其中，k为采样点序号；a(k)为k采样点时每相检测信号第n次谐波的实部分量幅值；b(k)为k采样点时每相检测信号第n次谐波的虚部分量幅值；U_j(k)为k采样点时第j相被检测信号的采样值；

当

时，FIFO更新数据，每相第n次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

步骤4，需进行谐波检测的第j相信号的第n次谐波的幅值U_jn和相角

计算公式：

作为本发明的进一步技术方案，步骤1中采样频率为f_s＝N/T。

作为本发明的进一步技术方案，步骤2中每个FIFO内保存最新的

个采样得到的信号数据。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明极大地缩短了多相对称电路的谐波检测时间，为电能质量治理装置的快速反应、快速治理提供了技术条件。

附图说明

图1为三相不控整流桥交流侧a相电流和本发明的5次谐波检测波形图。

图2为三相不控整流桥交流侧a相电流、本发明的5次谐波检测和全周期滑窗迭代DFT的5次谐波检测波形图。

图3为三相不控整流桥交流侧a相电流、本发明的5次谐波检测和半周期滑窗迭代DFT的5次谐波检测波形图。

图4为三相不控整流桥交流侧a相电流、本发明的7次谐波检测波形图。

图5为三相不控整流桥交流侧a相电流、本发明的7次谐波检测和全周期滑窗迭代DFT的7次谐波检测波形图。

图6为三相不控整流桥交流侧a相电流、本发明的7次谐波检测和半周期滑窗迭代DFT的7次谐波检测波形图。

图7为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本专利旨在提供一种快速的谐波检测手段，大大缩短谐波检测的时间，为电网电能质量治理设备进行谐波抑制及补偿等场所提供技术支撑。

为实现上述目的，如图7所示，本发明的技术方案包括以下步骤：

a.对需要进行谐波检测的m相对称电路周期为T的信号U₁,U₂,…,U_m进行采样，采样频率为f_s＝N/T，N为一个周期为T时间内的采样点数。对由对称电路产生的m相信号U₁,U₂,…,U_m等间隔采样后获得采样数据：U₁(k),U₂(k),…,U_m(k)，k为采样点序号，k＝1,2,3,…。并将其分别存入m个存储深度为

的FIFO(先入先出存储器)，每个FIFO内永远保存最新的

个数据。

b.当采样序号

c.当采样序号

时，FIFO更新数据。移入最新采样数据U₁(k),U₂(k),…,U_j(k),…,U_m(k)，移出当前的最老数据

其中j＝1,2，...,m。

此时，每相第n次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

d.需进行谐波检测的第j相检测信号的第n次谐波的幅值U_jn和相角

由以下公式计算获得；

传统谐波检测算法，需要至少半个电网工频周期，多则一个电网工频周期才能获得谐波的有效信息。由于采用了上述方案，对于m相对称电路，仅需

个电网工频周期就能获得谐波的有效信息。

以下用两个实施例验证本发明快速进行谐波检测的效果。

实施例1三相对称电路a相电流第5次谐波电流检测

系统参数如下：电网侧380V/50Hz三相交流电；负载侧通过三相不控整流桥接纯电阻负载，R＝30Ω；采样频率为15kHz，一个电网工频周期有300个采样点；示波器型号为Agilent MSO-X 3014A。

1.先启动380V三相电源，对三相不控整流电路供电；

2.对三相不控整流桥交流侧a、b、c三相电流信号进行等间隔数据采样：I_a(k)，I_b(k)，I_c(k)，k为采样点序号，k＝1,2,3,…。将采样数据分别存入3个存储深度为50的FIFO(先入先出存储器)，且每个FIFO内始终保存最新的50个数据；

3.当采样序号k≤50时，每相第5次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

其中，k为采样点序号；a(k)为k采样点时每相检测信号第5次谐波的实部分量幅值；b(k)为每相检测信号第5次谐波的虚部分量幅值；U_j(k)为k采样点时第j相被检测信号的采样值；

4.当采样序号k＞50时，FIFO更新数据，计算a相电流第5次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

5.a相电流第5次谐波的幅值I_a5和相角

由以下公式获得：

6.本发明的快速谐波检测方法对三相不控整流电路a相电流(如图1至3中上方的波形图所示)的第5次谐波进行检测，谐波检测结果如图1中下方的波形图、图2中中间的波形图以及图3中中间的波形图所示。

从图1中下方的波形图不难看出，在本发明的快速谐波检测方法下，第5次谐波在1/6个周期延时后，就能实现稳定输出。相较于传统全周期滑窗DFT算法(如图2中下方的波形图)和半周期滑窗DFT算法(如图3中下方的波形图)，本发明在进一步减少计算量的基础上，极大地缩短了谐波检测时间，提高了三相对称电路谐波检测的实时性。

实施例2三相对称电路a相电流第7次谐波电流检测

1.先启动380V三相电源，对三相不控整流电路供电；

2.对三相不控整流桥交流侧a、b、c三相电流信号进行等间隔数据采样：I_a(k)，I_b(k)，I_c(k)，k为采样点序号，k＝1,2,3,…。将数据分别存入3个存储深度为50的FIFO(先入先出存储器)，且每个FIFO内始终保存最新的50个数据；

3.当采样序号k≤50时，每相第7次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

其中，k为采样点序号；a(k)为k采样点时每相检测信号第7次谐波的实部分量幅值；b(k)为每相检测信号第7次谐波的虚部分量幅值；U_j(k)为k采样点时第j相被检测信号的采样值；

4.当采样序号k＞50时，FIFO更新数据，计算a相电流第7次谐波的实部分量幅值和虚部分量幅值迭代公式：

5.检测a相电流第7次谐波的幅值I_a7和相角

由以下公式获得：

6.本发明的快速谐波检测方法对三相不控整流电路a相电流(如图4至6中上方的波形图所示)的第7次谐波进行检测，谐波检测结果如图4中下方的波形图、图5中中间的波形图以及图6中中间的波形图所示。

从图4中下方的波形图不难看出，在本发明的快速谐波检测方法下，第7次谐波在1/6个周期延时后，就能实现稳定输出。相较于传统全周期滑窗DFT算法(如图5中下方的波形图)和半周期滑窗DFT算法(如图6中下方的波形图)，本发明在进一步减少计算量的基础上，极大地缩短了谐波检测时间，提高了三相对称电路谐波检测的实时性。

本专利提出的快速检测谐波的方法不仅适用于三相对称电路谐波检测，也适用于多相对称电路谐波检测。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，应当理解的是，对所属领域技术人员来说，在本发明的技术方案上不许付出创造性劳动即可获得的改进或变换都应属于本发明所属权利要求的保护范围。