基于改进SDFT的指定次谐波检测方法研究

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随着可再生能源的发展与使用,大量非线性负荷、分布式能源接入电力系统,使得现有的电网结构呈现高度的电力电子化,恶化电网谐波污染问题的同时导致电网中非线性的负载具有多而分散的特性,从而导致谐波问题的更加复杂。而精确的谐波信息提取是治理电力系统谐波污染问题的前提,故对其进行研究尤为关键。为此,本文在现有的电压检测型有源滤波器的基础之上,分析了各种主流的电网谐波检测方法,结合目前电压检测型有源滤波器治理谐波电压过程的新特点,指出其使用指定次谐波检测的必要性和意义。分析了现有检测方法的在实现指定次谐波检测过程中的不足之处。主要有以下三个方面:(1)以瞬时无功功率理论为基础的多同步旋转坐标谐波检测方法在实现指定次谐波提取时,随着指定频次的增多,多个控制器间容易产生耦合,参数难整定,计算量大。(2)以傅里叶变换为基础的谐波检测算法,除了受制于算法的周期性延迟外,还受时间分辨率和电网频率波动影响,不能全面描述电网谐波的局部变化特征;(3)基于智能算法的谐波检测方法运算复杂度高,工程实用价值不高,可操作性不强。针对上述存在的问题,根据滑窗离散傅里叶变换(SDFT,Sliding Discrete Fourier Transform)在指定次谐波提取过程时的优越性,本文提出一种可用于电压检测型有源滤波器的改进滑窗离散傅里叶谐波提取算法。主要针对滑窗离散傅里叶变换算法对频率波动的敏感性,利用滑窗离散傅里叶变换的等式关系,通过引入可变大小的采样窗口,以相角变化作为计算尺度,解决频率波动带来的非整周期采样问题,通过线性插值的思想对于计算过程中产生的非整数偏差进行修正,提高谐波信息的提取精度。并利用坐标变换实现运用较少的运算数据提高计算速度,在静止坐标系下(α-β坐标系)实现改进的算法并对谐波幅值和相位信息精确重建。通过补偿角和相位补偿解决相位累计误差带来的不收敛问题,保证谐波信号的提取精度。最后,通过仿真和基于双DSP的实验平台验证将改进滑窗傅里叶算法与传统滑窗离散傅里叶算法进行比较,根据仿真和实验结果证明改进谐波提取算法的准确性、优越性以及可操作性。
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