[发明专利]基于状态空间模型的谐波检测方法

说明书

本发明涉及电力技术应用领域，尤其是涉及的是一种基于状态空间模型的谐波检测方法，该检测方法可以分别实现PSC、NSC和ZSC的检测，谐波分量在线计算，这样的信息可以用于控制系统的反馈，以动态抑制(可能是时变的)分量，该检测方法是基于时域计算谐波分量的，因此无需计算将信号变换到频域，该检测方法具有良好的检测效果，对提高电力电子系统的性能是合理有效的。

技术领域

本发明涉及电力技术应用领域，尤其是涉及的是一种基于状态空间模型的谐波检测方法。

背景技术

随着电力电子器件和非线性负荷的大规模应用，电网电能质量问题日益受到人们的关注。高次谐波会带来电磁干扰、电缆过热、低功率因数等不利影响。自20世纪80年代以来，电力电子学科通过研究和发展，提出了有源电力滤波器(APF)和统一电能质量调节器(UPQC)等解决方案，以解决电力谐波问题。在典型的谐波治理装置中，实时谐波检测是关键技术之一。控制环包含快速的谐波电流检测，可以让逆变器得到所需参考谐波电流。同时，电力电子设备作为主要的谐波源，需要通过检测谐波来控制自身的谐波输出，以避免大量的谐波注入电网。尽管APF、UPQC和电力电子负载技术已经实现商业化，但寻找有效的实时谐波检测方法的研究仍在进行中。

在以往的研究中，检测谐波分量或基波分量的方法一般可以分为时域方法、频域方法和智能算法。

典型的时域方法有瞬时无功理论(IRPT)方法、同步参考系(SRF)方法、二阶广义积分(SOGI)方法、级联延迟信号消除(CDSC)技术和卡尔曼滤波等。

在IRPT中，采用Clark变换进行瞬时功率计算，这些瞬时功率的交流和直流部分分别被认为是基频分量和谐波分量。利用两个低通滤波器和反Clark变换，提取了基波分量。在传统的有源滤波器谐波检测中，IRPT起着关键的作用。

为了达到同样的目的，在SRF中采用Park变换得到正序列分量和负序列分量，通过滤波器和坐标变换提取基波分量。在三相平衡条件下发展了传统的IRPT和SRF方法，针对不平衡条件也提出了相应的改进方法。

SOGI方法是将多个二阶滤波器(陷波滤波器)组合在一起，滤波器的数量与谐波的数量相同。

在CDSC中，基于一系列DSC算子，同时得到许多次谐波，在实际应用中，由于DSC操作数过多会增加系统的复杂性和计算量，需要在稳态误差和DSC操作数之间进行折衷。由SOGI和CDSC可知，多个子系统并联在一起，形成了一种简单有效的从单阶到多阶的谐波检测结构。

卡尔曼滤波方法具有良好的鲁棒性，适用于时变谐波检测，但是在卡尔曼滤波方法中，为了获得更好的性能，需要信号的先验信息。频域方法中，常用的是离散傅里叶变换(DFT)及其改进方法。在中，提到了许多改进的DFT方法，以提高稳定性、快速响应，以及采样、基频之间的精确同步和最小化泄漏效应。基于小波函数的谐波提取是另一种频域方法，其缺点是计算量大。在智能算法方面，提出了用于谐波检测的神经网络和粒子群优化算法。在这些方法中，需要充分的训练来保证准确的输出。从信号处理的角度来看，上述方法都是有效的谐波检测技术。

但上述方法不能分离出各谐波的正序分量(PSC)、负序分量(NSC)和零序分量(ZSC)，在一定情况下限制了其应用。众所周知，三相四线制在电力电子系统中很常见，四线制中存在着零序分量，此外，不平衡的电网或负载也会带来负序和零序的不平衡电流。因此，需要一种通用的算法来提取各谐波的PSC、NSC和ZSC。传统的提取方法中，离散傅里叶变换(DFT)和FFT不能分离出PSC、NSC和ZSC，而常用陷波滤波器和二阶广义积分器提取单频正弦信号，但信号混叠会影响提取的精度。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于状态空间模型的谐波检测方法，该检测方法可有效地、实时地分离出各谐波的正序分量(PSC)、负序分量(NSC)和零序分量(ZSC)，且该检测方法具有可控性、稳定性、提取误差小、收敛速度快。