基于小波变换的d-q电力谐波检测法研究.pdf

第 5 2卷第 l 9期 2 0 1 5年1 0月 1 0日 电测与仪表 El e c t r i c a i M e a s ur 哪 e n t& I ns t r u me n t a t i o n VO I 5 2 N0 1 9 oc t 1 0 2 01 5 基 于小 波变换 的 d - q电力谐 波检测 法研 究 术 李秋燕， 黄永红， 陈万锋， 陈治屹， 徐俊俊 ( 江苏大学 电气信息工程 学院， 江苏 镇江 2 1 0 0 1 3 ) 摘要 ： 为了更有效地治理电力系统谐波污染 ， 文 中采用一种基于小波变换 的 d q电力谐波检测法。该方法使用 小波变换将基于瞬时无功功率理论 d - q 法的 L P F 滤波环节替换， 并在 P a r k 变换后滤除负序分量。小波变换采 用小波多分辨率分析实现， 将小波变换后的直流分量和各次交流分量进行重构， 分别得到三相电流的基波和各 次谐波。在 P S C A D E M T D C中进行基于小波变换的d - q法建模和仿真实验， 并通过与 d - q 法的仿真结果进行 比较来验证该方法的可行性和精确度 。结果表明该方法能够更精确的检测基波和各频段谐波分量。 关键词 ： 小波变换 ； 多分辨率分析 ； 电力谐波检测； P a r k变换 ； d - q法 ； P S C A D E M T D C 中图分类号： T M 7 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 1 3 9 0 ( 2 0 1 5 ) 1 9 - 0 0 2 4 0 6 Re s e a r c h o n d- q de t e c t i o n m e t ho d ba s e d o n wa v e l e t - t r a ns f o r m f o r ha r mo n i c o f p o we r s y s t e m L i Q i u y a n ，H u a n g Y o n g h o n g ，C h e n Wa n f e n g ， C h e n Z h i y i ， X u J u n j u n ( C o l l e g e o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， J i a n g s u U n i v e r s i t y ， Z h e n j i a n g 2 1 0 0 1 3 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n o r d e r t o e f f e c t i v e l y e l i mi n a t e t h e h a r mo n i c p o l l u t i o n o f p o we r s y s t e m，t h i s p a p e r d e v e l o p s a d - q d e t e c t i o n me t h o d ba s e d o n wa v e l e t - t r a n s f o rm f o r h a r mo n i c o f p o we r s y s t e m L PF for s e p a r a t i n g f u nd a me n t a l wa v e o f i n s t a n t a n e O U S r e a c t i v e p o we r t h e o r y d - q me t h o d wi l l be r e p l a c e d b y t h e wa v e l e t t r a n s f o rm i n t h i s me t h o d，a n d t h e n e g a t i v e s e q u e n c e c o mp o n e n t wi l l b e e l i mi n a t e d a f t e r p a r k t r a n s f o rm a t i o n W a v e l e t t r a ns f o r m i s a c h i e v e d b y t h e wa v e l e t mu l t i r e s o l u t i o n a na l y s i s，f u n da me n t a l wa v e a n d ha r mo n i c c o mp o ne n t s o f t he t h r e e p ha s e c ur r e n t c a n be o b t a i n e d b y r e e o n s t r ue t i n g t h e DC c o mp o n e n t a n d f r e q ue n c y AC c o mp o n e n t a f t e r wa v e l e t t r a n s f o r m Mo d e l i ng a n d s i mu l a t i o n e x p e r i me n t o f t h i s a p p r o a c h wi l l b e c a r r i e d o u t i n P S C AD EMT DC，a n d t h e me t h o d w i l l b e c o mp a r e d wi t h d - q s i mu l a t i o n r e s u l t t o v e rif y i t s a c t u a l f e a s i b i l i t y a nd a c c u r a c yEx p e rime n t a l r e s ul t s s h o w t h a t d- q me t h o d ba s e d o n wa v e l e t t r a n s f o r m c a n mo r e a c c u r a t e l y d e t e c t t h e f u n d a me n t a l a n d e a c h b a n d h a r mo n i c c o mp o n e n t s Ke y wo r ds：wa v e l e t t r a ns f o rm ，mu l t i - r e s o l u t i o n a n a l y s i s ，e l e c t ric h a r mo n i c d e t e c t i o n，P a r k t r a n s f o r ma t i o n，d- q me t h o d，PS CADEMT DC 0 引 言 由于电力 电子器 件的广泛应用 ， 以及非线性 负 荷使得电网产生大量 的谐 波 电流 ， 谐波 电流会 引起 电网的电压发生畸变 。为了更为准确的进行谐波 检测与治理 ， 则需不断地寻求更好的谐波检测方法。 目前在三相三线 制 电路 的谐 波检测 中， 广泛使 用 的是基于瞬时无功功率理论 i 一i 。 法 ， 但此方法 采用 一B坐标变换 ， 无法检测非对称三相 电流中存 基金 项 目： 江 苏 省 高 等 学 校 大 学 生 创 新 创 业 训 练 计 划 项 目 ( 1 0 2 9 9 0 1 2) 一 2 4 一 在的零序分量 ， 因此该 方法局 限于三相三线 制电路 的谐 波 检 测 叫 。基 于 瞬 时 无 功 功 率 理 论 d - q 法_ 5 J ， 使用 d q旋转坐标 变换 ( P a r k ) ， 能将三相l不 平衡 电流独立分离 出来 ， 消除 因三相不平衡 电路产 生的三相不 平衡 电流对坐 标变换 后正 交 电流的影 响。基于瞬时无功功率理论 d - q谐波检测法实时性 好 ， 延时小 ， 既能检测谐 波又能补偿无功 ， 不受 电压 畸变的影响， 适用于任意电路 ， 但却无法检测各次谐 波分量 ， 只能得到谐波分量的总和。而小波变换 的时域性很强 ， 适合突变信号的分析与处理 ， 它能计 算某一特定时间的频率分布 ， 并将各种 不 同频率组 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 2卷第 1 9期 2 0 1 5年l O月 l O日 电测 与仪表 Ei e c t r i c a l M e a s u r e m e n t& I ns t r u me n t a fi o n Vo J 5 2 NO 1 9 Oc t 1 0， 2 0 1 5 成的频谱信号分解成不同频率的信号块。为此， 本 文采用了一种基于小波变换的 d - q 谐波检测法 ， 将小 波变换引入到 d - q检测法 ， 并利用 1 4基频滤除负序 分量 ， 构成基于小波变换 的 d - q法。该方 法具有 能分离各次谐波 、 不受 电压 畸变 、 三相不平衡 电流和 负序分量影响的优点 ， 并能更精确的检测谐波。 1 基于瞬时无功功率理论 d - q法 d - q旋转坐标最开始用于交 流电机 电流、 电压和 磁链的变换 ， 由于这种变换方法能适 应任意 电路 ， 在 电力系统谐波检测和分析计算 中同样具有重要的理 论和实际意义 。 P a r k变换就是 将 i 、 i 、 i 。电流投影等效 到 d 、 q 轴上 。对于稳态分量来说 ， 经过等效之后 ， i i 正好 就是一个常数 ， 可将非线性电流基波分量等效后为 直流分量 ， 从而分离出基波分量 。 d q法谐波检钡 4 原理框 图如图 1所示 。该方法 的谐波检测原理 ： 三相 V 、 V 经电压锁相环和信号 生成电路后， 生成与电网基波电压同相位的正、 余弦 信号 s i 、 c o 。 C O S ( O +1 2 0 。 ) s i n ( a+1 2 0 。 1 2 ( 2 ) 对于三相对称系统 ， 零轴分量 i 。 = 0 。 再将正、 余弦信号 s i 、 c o 和 i d , i 进行无功功 率理论计算 ， 得到有功电流 i 和无功 电流 i Q ： c 式中 C为电压信号矩阵。 C： C ： f i 。 。 1 ( 4 ) C O 一 s i n 使用低通滤波器滤出 i 、 i Q的直流分量 i i Q ， 再 进行逆变换 ， 就可得到三相基波 电流 i i m 、 i ， 逆变 = C - 1 ( 5 ) 嘲 = I c o s ( 一 1 2 sin ( 1 2 0 。 ) 1 l ( 7 ) 被测三相电流 i i 、 i 减去各相基波电流 i i i ， 即可获得各次谐波 电流总和 i i 、 i 。 在对谐波进行 治理时 ， 希望得到各次 谐波 的实 时分量 ， 以此准确地判断引起 电流畸变的主要成分 ， 并进行 及时治理 。d - q法实 时性强 、 适用 于任意 电 路 ， 但无法 检测谐 波分量 ； 小 波变换 能检 测谐 波分 量 ， 但受 电压畸变和三相不平衡 电流的影响 ， 将两种 方法结合能够 消除上述 局限性 ， 并能检测 出更高精 母小波为 ( t )= L ( R) ， ( ) 是 ( t ) 的傅里叶 变换 函数 ， 满足 ： C = 2 1 v f ( I ( ) I I I ) d o J1 ) 。将直 流 分量重构可得到三相基波 电流 ， 各 频段 交流分量重 构可得到三相被测电流的各频段谐波电流。 逆变换过程 ： 首先利用公式( 5 ) 得到 d 、 q两坐标 的基波分量和各次谐波分量 ， 再进行 d - q逆 变换 ， 在 P a r k逆变换时将 i 赋值为 0 ， 使逆变换后基波 电流和 各次谐波分量 中不含零序分量。即 ： F i 1 l i fb l = P 。 。 l i q f l ( 1 4 ) l 0 j 式 中 矩阵 P 如公式( 7 ) 所示 。 三相被测电流 i i 、 i 减去各相基波 电流 ， 可获 得各次谐波 电流总和 i i 、 i 。 2 3谐 波检 测 电路模 型 谐波电路原理框 图如图 4所示。图 中， C o mB u s 是用来生成谐波 的电力 电子负载模块 ， P F由 L c组 成的无源滤波器 ， A P F由 P WM逆变器组成的有源 电 力滤波器。由电力 电子负载 引起 的畸变电流是 i b l、i 经过 P F治理后得到 i 、 i b 、 i ， 将 i 、 i b 、 i 电流进 行谐波的检测 ； 采用改进 的滞环 电流跟踪控 制方法 控制 A P F中 I G B T的通断 ， 使 A P F产生补偿 电流 i 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m