一种基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法技术

一种基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法，包括以下步骤：（1）对三相电流信号实测数据进行采样；（2）通过RDFT模块，得到集群式提取的基波频率附近的间谐波电流补偿指令；其中，将RDFT算法中的ω设置为ω1=2

【技术实现步骤摘要】
一种基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法


[0001]本专利技术涉及一种间谐波集群式提取方法，具体涉及一种基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法。

技术介绍

[0002]电弧炉（EAF）被广泛用于钢铁等工业，以电弧的形式将电能转化为热能，以熔化电弧炉所容纳的原材料；交流电弧炉是一种快速波动的非线性大功率负荷，它可能在供电系统中造成不平衡、谐波、间谐波和闪变（LF）问题；向电网注入时变谐波和间谐波，会产生谐波和间谐波电压分量，因此，在公共耦合点（PCC）处闪烁；闪变问题是由电压波动造成的，它可以用间谐波来表示，特别是在供电系统的基本频率附近的频带中。为了限制这些干扰性负载的影响，补偿装置必须连接在共同耦合点（PCC）。
[0003]电弧炉负载的基本特点是：熔化期频繁的电极短路造成电流冲击、氧化期内钢液的沸腾造成弧长波动，即如电能质量分析报告中所说，在电弧炉刚投入工作时，电弧存在建立、熄灭、又不断建立的过程，导致电流断断续续，具有严重的电压波动及闪变问题，同时，电炉稳定工作时刻，谐波问题较为严重，电流畸变较大，间谐波为主要谐波成分，且在50Hz前后间谐波占比较大，具体表现为电流的幅值变化频繁、波形不稳定。由于电弧炉运行的非线性和随机性，需要快速准确地确定电弧炉电流的频谱含量，以便通过使用新的功率变换器技术，例如静态同步补偿器（STATCOM）、有源电力滤波器（APF）等，开发无功功率补偿以及谐波和间谐波缓解技术，分析此类间歇性负载的谐波和间谐波是电力系统领域的一个热门研究课题。
[0004]关于间谐波分析，尽管不如谐波分析那么流行，但自20世纪90年代初以来，已经提出了各种方法。由于在2014年7月宣布间谐波电压的新限值之前，任何标准中都没有建议的间谐波限值，因此，与谐波分析相比，间谐波分析在法规中很少受到关注。然而，由于已知间谐波和闪变关系相互交织，电弧炉电厂的电能质量（PQ）分析应考虑间谐波，这通常存在于电弧炉低频电流中。
[0005]目前，电力系统常使用傅立叶变换代替傅立叶级数进行间谐波分析，然而，众所周知，傅立叶变换需要特别注意在电力系统频率发生振荡的实际情况下减少频谱泄漏，并且在大多数情况下，不容易将间谐波计算误差降低到可忽略的速率。时域平均和差分滤波器的使用可用于IEC标准框架内的谐波和间谐波检测，以提高间谐波计算精度，然而，这项工作的目的不是计算每个间谐波的幅值和相位。自适应陷波滤波器用于有选择性地分解谐波和间谐波，然而，在具有快速波动谐波和间谐波含量且正序和负序幅值相当的波形中，如交流电弧炉，此类滤波器无法提供足够快的响应。
[0006]近年来，对于基于递归离散傅里叶变换（RDFT）的方法提取整数次谐波已流行，因为RDFT能够很好地提取基波的整数次谐波；然而，在这种分析方法中，当需要提取频率比较接近基波的间谐波时，使用RDFT分别提取各次间谐波分量，精确提取M个间谐波分量，需要进行M*N次乘法变换与M(N
‑
1)次加法变换，直接将RDFT方法用于间谐波分量的提取，需要将
ω设置成期望提取的间谐波分量频率的最大公约数，而每个RDFT计算模块对应着唯一的ω，故提取M个间谐波分量，所需要对应通过的RDFT模块数即为M，而且会造成系统计算负担重、延时大。比如，30Hz和40Hz的间谐波分量，需要将基准角频率ω设置为2
×
π
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10rad/s，而这种方式不仅所需要对应通过的RDFT模块过多，多个模块的并行运算会挤占数字信号处理器宝贵的运算资源，而且低的基准角频率会使得RDFT算法的延时过大。综上，亟待找到一种准确、快速，使用的RDFT模块数量少，结构简单，效率高，运算负载小，误差小，延时小的基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种准确、快速，使用的RDFT模块数量少，结构简单，效率高，运算负载小，误差小，延时小的基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法，包括以下步骤：（1）对三相电流信号实测数据进行采样；（2）将步骤（1）所得三相电流信号通过RDFT模块，得到集群式提取的基波频率附近的间谐波电流补偿指令；其中，将RDFT算法中的ω设置为基波对应的ω1=2
×
π
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f0 rad/s，f0为基波频率值；基波频率附近对应的电流分量计算公式如下：i(ω1τ)=A1cos(ω1τ)+B1sin(ω1τ)；式中，i(ω1τ)表示电流随时间变化的表达式，A1、B1分别表示：以ω1τ为基准的第1次采样的余弦、正弦谐波分量，ω1=2
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π
×
f0 rad/s，f0为基波频率值，τ表示时间。
[0009]本专利技术方法的专利技术思路是：本专利技术方法利用系统间谐波频率集中在基波频率附近的特征，提出以基波RDFT方法变换为基础的间谐波集群提取方法，通过创造性的设置ω1，仅使用一次RDFT运算，就能实现基波频率附近的间谐波分量的提取，该方法实现简单，准确、快速，使用的RDFT模块数量少，效率高，延时小。
[0010]针对于基波正负序电流分量的角度出发，为满足对应提取的实时性和快速性，将ω设置为基波对应的ω1。本专利技术方法没有采用传统的同步旋转坐标系下的方法，减小了DSP的运算负载，也可避免系统因锁相环而引入传统同步旋转坐标变换矩阵中角度的误差。采用的方法是RDFT算法提取基波附近的间谐波，这使得它有可能补偿主要影响较可能引起闪变的基频周围的适当频带内的间谐波，可以使得所需容量的减少，从而使它有可能在设计阶段减少静止同步补偿器（STATCOM）的尺寸或优化现有STATCOM的性能，而只需升级它们的控制算法。
[0011]必须指出的是，对于传统基于同步旋转坐标变换方案提取电弧炉负载中间谐波的方案，RDFT方法省去了电流指令提取过程中同步旋转坐标变换和同步旋转逆变换的过程，同时在此过程中也省去了锁相环的运算环节。对电网电压进行锁相控制时，在电网存在谐波、不平衡和直流分量时，例如，在三相电网电压出现不平衡时，锁相环会产生一个二倍频的余弦误差信号，传统的锁相控制都会对传统的同步旋转坐标变换产生较大的误差，而使用RDFT方法则可避开传统同步旋转坐标变换方案的固有缺陷，加快系统的动态响应，同时
还减小了系统产生的误差。
[0012]步骤（1）中，所述采样是检测和提取实测的负载的三相电流，并且将其转变为对应的数字信号送入数字信号处理器（DSP）中，以便于后续的程序计算和分析。
[0013]优选地，步骤（2）中，所述RDFT模块是基于离散时间的计算模型，用于计算三相负载电流的RDFT算法的公式如下：假设x(τ)为基波周期为T的周期信号，那么x(τ)可以表示为：；其中，N
m
表示最高谐波次数，N表示每个基波周期内三相电流的采样点数，T=2π/ωτ=T/N，A
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）对三相电流信号实测数据进行采样；（2）将步骤（1）所得三相电流信号通过RDFT模块，得到集群式提取的基波频率附近的间谐波电流补偿指令；其中，将RDFT算法中的ω设置为基波对应的ω1=2
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f0 rad/s，f0为基波频率值；基波频率附近对应的电流分量计算公式如下：i(ω1τ)=A1cos(ω1τ)+B1sin(ω1τ)；式中，i(ω1τ)表示电流随时间变化的表达式，A1、B1分别表示：以ω1τ为基准的第1次采样的余弦、正弦谐波分量，ω1=2
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f0 rad/s，f0为基波频率值，τ表示时间。2.根据权利要求1所述基于RDFT方法的间谐波集群式提取方法，其特征在于：步骤（2）中，所述RDFT模块是基于离散时间的计算模型，用于计算三相负载电流的RDFT算法的公式如下：假设x(τ)为基波周期为T的周期信号，那么x(τ)可以表示为：；其中，N
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【专利技术属性】
技术研发人员：张亚林，徐晨，刘凯文，魏文祥，刘旭宇，吴德亮，
申请(专利权)人：思源清能电气电子有限公司，
类型：发明
国别省市：