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应用傅里叶-小波检测方式的并联型有源电力滤波器电能质量高

  并联型有源电力滤波器(SAPF)是治理谐波污染的有效手段,能有效的抑制和补偿电网中的谐波成分。它的关键技术是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。由于常用小波变换对频域划分粗略,以及变换后不能直接得到频谱信息,所以为了克服此缺点,提出一种傅里叶-小波检测方法。

  本方法结合了小波变换能准确检测突变信号的优点和傅里叶变换能对平稳信号进行精确分析的优点,应用于谐波检测中,先用小波变化滤除电网中突变信号,再用傅里叶变换精确分析各项谐波。最后用仿真软件matlab搭建并联型有源电力滤波器模型。分析仿真结果表明,傅里叶-小波检测方式的并联型有源电力滤波器,能有效的补偿抑制谐波。

  随着电力电子装置在电力系统中的广泛应用,电网中的谐波污染也日益严重。传统的电力电子技术的应用,特别是各种使用传统相控整流技术的大容量非线性负荷在运行过程中所产生的高谐波和低功率因数运行状态严重危害电力系统的安全和电网用户的利益。

  一方面,谐波使电能在生产、传输和利用的效率低,在电网中造成附加损耗,还有可能使电气设备过热,甚至引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使电容器等设备烧毁。另一方面,大多数电力电子装置功率因数很低,给电网造成额外负担,影响供电质量。所以谐波抑制和提高功率因数受到越来越多人的关注。

  为了减小谐波的影响,有效解决谐波的污染问题,提出了很多有源电力滤波器的方案。有源电力滤波器系统由两大部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中,指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量,是有源电力滤波器的关键部分。

  长久以来,谐波检测方法大多是基于傅里叶变换及其改进算法,它可以精确定出平稳波形中各次谐波的幅值和相位,但是不能给出时间局部信息,因此只适用于稳态信号的分析处理。但是由于要补偿的电压、电流信号可能包含了大量的噪音和标志系统运行状况的突变信号、各种稳态和非稳态的谐波分量,需要对其进行合理分析,那么傅里叶变换就存在一定的局限性。

  从应用角度上讲,小波变换是一种新的时频分析工具,由于它有良好的频域带通特性,又对突变的信号比较敏感,可以准确确定发生突变的时刻,滤除干扰信号,但它无法准确、方便的分辨出各次谐波,而且对于不同的小波基的选择得到的结果亦不同,这是它的缺点。而本文就结合了小波变换和傅里叶变换两者的优点,用这种小波-傅里叶谐波检测方法,能很好的适用于各类谐波信号,将它应用于并联型有源电力滤波器,并用MATLAB软件进行了建模与仿真。

  图1是有源电力滤波器系统构成原理图。有源电力滤波器(APF)由三部分组成:电流检测电路,控制电路和补偿电流发生电路(即主电路)。电流检测电路的作用是检测出需要补偿的非线性负载电流中的谐波和无功分量(根据不同的需要,有的只需要消除电网中的谐波电流,有的要同时补偿无功电流),并产生相应的参考指令电流。

  然后控制电路根据检测电路输出的参考指令电流产生相应的脉冲控制信号,控制补偿电流发生电路产生幅值相等、相位相反的谐波分量,并注入到电网中,达到实时补偿谐波、改善电网质量的目的。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿特性不受电网阻抗的影响,因而受到广泛的重视。