專利名稱：一種低通濾波器、有源電力濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力電子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低通濾波器以及使用該低通濾波器的有源電力濾波裝置。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備成為電力系統(tǒng)中主要諧波源。諧波會降低電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率，且給供、用電設(shè)備的正常運行帶來嚴重的危險，因此諧波治理得到越來越大的重視。 常用的諧波治理方法有無源濾波器和有源電力濾波器(active powerfiler，APF)。隨著大功率電子器件的發(fā)展，有源電力濾波器的優(yōu)勢越來越明顯?，F(xiàn)有技術(shù)的有源電力濾波器(為了和本實用新型的主題相統(tǒng)一，上述的有源電力濾波器以下均稱有源電力濾波裝置，二者在本實用新型是等同的)的一般工作原理如下通過電流互感器檢測三相電網(wǎng)的負載電流，并通過內(nèi)部諧波檢測電路(可簡稱檢測電路，一般可采用DSP微處理器實現(xiàn))計算，提取出負載電流中的諧波成分，然后形成主電路的驅(qū)動信號(為一種PWM信號)發(fā)送給主電路，所述的主電路包括若干由驅(qū)動信號驅(qū)動的IGBT (即絕緣柵雙極型晶體管)，驅(qū)動信號控制逆變器中的IGBT產(chǎn)生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，達到濾波的目的。諧波檢測方法是有源電力濾波裝置的基礎(chǔ)理論。目前，諧波檢測方法可分為頻域檢測方法和時域檢測方法，如表I所示表I各種諧波檢測策略的性能比較
~FTT~~DFT~~RDFT 諧波 dq ~PQ 理論 ~SRF 法~ 傳感器3CT 3CT 3CT3CT/2VT 3CT/3VT 3CT/1VT
數(shù)字濾波器NONONOYESYESYES
計算量-- -- +--++
3 相或 I 相1/3PH 1/3PH 1/3PH 3PH3PH3PH
需要電壓信息 NONONOYESYESYES
不平衡電流++ ++ ++++++++
選擇諧波能力 NOYES YESYESNONO[0010]表I所示，頻域諧波檢測方法主要有DFT、FFT和RDFT等，時域諧波檢測方法主要有諧波dq法、SRF法和PQ理論法等；各種檢測策略各有其特點，表I對所述方法作了簡要比較，其中，“++”表示能夠較好的滿足要求，以此類推，“ + 及“一”依次表示滿足程度逐漸降低。
從表I中可以看到，頻域諧波檢測方法大多建立在傅里葉分析基礎(chǔ)之上，由于傅里葉分析是穩(wěn)態(tài)概念，所以頻域諧波檢測方法不能用于瞬時補償，但由于頻域方法不要電壓信息，所以所需傳感器的數(shù)量也相對較少，這也決定了頻域諧波檢測方法沒有無功補償能力。時域檢測方法最大的優(yōu)點是能夠檢測出所有的諧波分量，不存在頻域諧波方法中的分辨率導(dǎo)致間諧波等復(fù)雜諧波無法全部檢測的問題。時域諧波檢測方法一般采用低通數(shù)字濾波器(LPF)來分離有功電流和無功電流中的直流量和交流量，所以LPF的性能直接影響著諧波檢測算法的性能和系統(tǒng)最終的補償性能?，F(xiàn)有技術(shù)采用的低通數(shù)字濾波器包括MA濾波器(即滑動平均濾波器)以及IIR濾波器(即無限長單位沖擊響應(yīng)濾波器)，但MA濾波器具有濾波精度不足的缺點，會造成諧波補償性能較差；IIR濾波器雖然具備足夠的濾波精度，但動態(tài)響應(yīng)速度較差，不適用于負載變化頻繁的場合。現(xiàn)有技術(shù)存在的另一個問題是在現(xiàn)有技術(shù)有源電力濾波裝置的實際使用中，在電流互感器檢測到三相電網(wǎng)的負載電流之后、將該電路傳輸至內(nèi)部諧波檢測電路進行計算之前，往往還包括對三相電網(wǎng)負載電流信號進行AD采樣的過程(三相電網(wǎng)負載電流中的諧波電流信號是一般是通過AD采樣送入諧波檢測電路中的)，AD采樣的過程一般采用前置的抗混疊模擬濾波器。根據(jù)香農(nóng)定理，系統(tǒng)的整體頻率不能高于采樣頻率的1/2，這導(dǎo)致了前置抗混疊模擬濾波器設(shè)計的困難。現(xiàn)有技術(shù)通過采用過采樣技術(shù)避免使用昂貴的抗混疊模擬濾波器，使得有源電力濾波裝置的多路電流、電壓通道可以采用結(jié)構(gòu)相對簡單的抗混疊模擬濾波器。但使用過采樣的方法大大提高了系統(tǒng)(若無特別說明，本文所述的系統(tǒng)均指完成諧波檢測的有源電力濾波裝置)的采樣頻率，但造成系統(tǒng)后續(xù)的檢波計算量也相應(yīng)地變?yōu)榉敝亍?br>
實用新型內(nèi)容本實用新型提供了一種低通濾波器以及使用該低通濾波器的有源電力濾波裝置，克服了現(xiàn)有技術(shù)中有源電力濾波裝置在諧波檢測時有功電流和無功電流的直流量和交流量分離不佳的問題，在提高了濾波精度的同時具備較快的動態(tài)響應(yīng)，從而能夠快速精確地檢測出電網(wǎng)中諧波電流含量。一種能夠應(yīng)用于有源電力濾波裝置的低通濾波器，其特征在于，所述的低通濾波器由至少一個IIR濾波器以及至少一個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。優(yōu)選地，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。更為優(yōu)選地，所述的IIR濾波器為二階巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。[0017]一種有源電力濾波裝置，包括用于向三相電網(wǎng)注入補償電流的主電路；依次連接的電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路，所述的電流互感器接入所述的三相電網(wǎng)；用于提取經(jīng)所述電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路的三相電網(wǎng)負載電流信號中諧波電流的檢測電路；用于根據(jù)所述諧波電流以及反饋的補償電流形成驅(qū)動信號以控制 主電路輸出所述補償電流的控制電路，所述的控制電路檢測電路的輸出端相連，并與所述的主電路形成反饋回路；所述的檢測電路以及控制電路為兩相結(jié)構(gòu)，所述的檢測電路包括輸入檢測電路的負載電流信號從三相平面轉(zhuǎn)換到兩相平面的第一坐標(biāo)變換模塊，轉(zhuǎn)換后的負載電流信號分為q軸電流以及d軸電流，用于獲取q軸電流或d軸電流的直流部分的低通濾波器，以及用于將q軸電流或d軸電流的直流部分與相應(yīng)的q軸電流或d軸電流運算得到所述諧波電流的第一比較點；所述的低通濾波器由至少一個IIR濾波器以及至少一個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。本實用新型有源電力濾波裝置的低通濾波器是一種將IIR濾波器和MA濾波器相結(jié)合的高性能數(shù)字低通濾波器；在對q軸電流和d軸電流進行的交直流分離的過程中，本實用新型的低通濾波器在動態(tài)響應(yīng)方面由于采用了濾波器級聯(lián)的方式，IIR濾波器的過渡帶可以設(shè)計得較寬，使得低通濾波器的階數(shù)得以降低，因此優(yōu)化本實用新型低通濾波器的動態(tài)響應(yīng)時間主要由MA濾波器決定，可以根據(jù)所需要的動態(tài)響應(yīng)速度進行MA濾波器階數(shù)的設(shè)計；在濾波精度方面，在IIR濾波器的過渡帶內(nèi)的諧波由MA濾波器進行衰減，在IIR濾波器的過渡帶之外的諧波，IIR濾波器提供了足夠高的濾波精度，來彌補MA濾波器的濾波精度不足的缺點?；谏鲜?，本實用新型的低通濾波器既能滿動態(tài)響應(yīng)速度的要求，也能滿足濾波精度的要求，能夠在諧波檢測時有效分離有功電流和無功電流的直流量和交流量，從而提高了本實用新型有源電力濾波裝置的動態(tài)反應(yīng)速度以及檢波精度。下面介紹本實用新型有源電力濾波裝置的優(yōu)選技術(shù)方案。作為優(yōu)選，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。更為優(yōu)選地，所述的IIR濾波器為二階巴特沃斯濾波器。由于本實用新型的有源電力濾波裝置對低通濾波器的頻率特性要求比較高，而增加階數(shù)的同時也會增加算法的復(fù)雜程度，占用大量的系統(tǒng)資源。采用二階巴特沃斯濾波器，在占用較小的系統(tǒng)開銷的同時進一步優(yōu)化了低通濾波器的頻率特性。進一步地，所述的調(diào)理電路包括模擬抗混疊濾波器。所述經(jīng)調(diào)理電路前置部分電路的負載電流信號通過所述的模擬抗混疊濾波器接入所述的AD采樣電路。將調(diào)整后的負載電流信號經(jīng)模擬抗混疊濾波器后接入所述的AD采樣電路能夠避免有源電力濾波裝置檢測的諧波電流產(chǎn)生混疊的現(xiàn)象。為了避免使用昂貴的抗混疊模擬濾波器，所述的AD采樣電路相應(yīng)為過采樣處理電路。將過采樣處理電路作為所述AD采樣電路還使得有源電力濾波裝置的多路電流、電壓通道可以采用結(jié)構(gòu)相對簡單的抗混疊模擬濾波器。由于使用了過采樣電路作為AD采樣電路造成系統(tǒng)采樣頻率的提高，為了減輕系統(tǒng)后續(xù)的檢波計算量，所述的諧波檢測電路還包括所述第一坐標(biāo)變換模塊與低通濾波器之間依次連接的帶限濾波器以及抽取器。所述的抽取器用于按預(yù)先設(shè)定的整數(shù)因子M對所述的q軸電流或d軸電流進行減采樣處理，即對所述的q軸電流或d軸電流每隔M個信號樣值進行抽樣。所述抽取器能夠避免上述減采樣處理的過程中產(chǎn)生的電流混疊問題。本實用新型的技術(shù)效果如下一、針對時域諧波檢測算法，本實用新型提出了一種能夠兼顧動態(tài)響應(yīng)和濾波精度的高性能數(shù)字低通濾波器。在分析比較常用的無限長單位沖擊響應(yīng)濾波器和滑動平均濾波器的特性后，本實用新型采用優(yōu)化級聯(lián)的方式，構(gòu)成高性能數(shù)字低通濾波器，利用巴特沃斯濾波器濾波精度高的特點以達到較高的濾波精度，并利用滑動平均濾波器過渡帶窄、動態(tài)響應(yīng)快的特點以達到較快的動態(tài)響應(yīng)。
二、本實用新型不僅保持了現(xiàn)有技術(shù)采用有源電力濾波裝置進行諧波檢測同步坐標(biāo)變換法所固有的精確性和可靠性，而且采用了多重采樣的采樣率變換技術(shù)；在使用中，由于檢測電路以及控制電路一般均采用DSP微處理器實現(xiàn)，可以根據(jù)所采用的主控芯片運算速度等自由切換運算周期和采樣率，最大化利用芯片的計算能力。由于使用了多重采樣(即AD采樣電路的采樣頻率fswl滿足fswl > 2fh)的采樣率變換技術(shù)，本實用新型所提出的方法可以大幅度簡化前置抗混疊模擬濾波器的設(shè)計，降低了成本，縮短了研發(fā)時間。

圖I為本實用新型有源電力濾波裝置應(yīng)用于三相電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型有源電力濾波裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型中采用的減采樣算法的流程示意圖；圖4為本實用新型中采用的減采樣算法所使用的分相結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型的抗混疊模擬濾波器與現(xiàn)有技術(shù)中抗混疊模擬濾波器的結(jié)構(gòu)對比圖；圖6為本實用新型實施例中三相電網(wǎng)的三相電流的示意圖以及經(jīng)三相平面轉(zhuǎn)換到兩相平面后的q軸電流以及d軸電流的示意圖；圖7為本實用新型低通濾波器與現(xiàn)有技術(shù)低通濾波器的性能對比圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖詳細介紹本實用新型的具體實施方式
。如圖I所示的一種用于三相電網(wǎng)諧波補償?shù)挠性措娏V波裝置，結(jié)合圖2，包括用于向三相電網(wǎng)注入補償電流主電路I ;用于采集三相電網(wǎng)的負載電流的電流互感器201，與三相電網(wǎng)耦接；調(diào)理電路202，用于調(diào)整所述的負載電流；對調(diào)整后的負載電流進行處理的AD采樣電路3 ；用于提取經(jīng)處理的負載電流信號上諧波電流的檢測電路4 ；與主電路I形成反饋回路的控制電路5，用于根據(jù)上述諧波電流以及反饋的補償電流形成驅(qū)動信號，并將上述驅(qū)動信號輸出至主電路I。主電路I輸出的用于注入三相電網(wǎng)的補償電流由若干IGBT的導(dǎo)通與關(guān)閉的狀態(tài)控制產(chǎn)生的，即主電路I包括若干IGBT，上述的驅(qū)動信號能夠控制主電路I的IGBT的開閉狀態(tài)，從而本實用新型的有源電力濾波裝置能夠通過檢測三相負載電流中的諧波電流，產(chǎn)生補償電流以抵償三相電網(wǎng)中的諧波電流。電流互感器201將采集到的三相電網(wǎng)負載電流輸入至調(diào)理電路202，調(diào)理電路202對上述負載電流信號作電流電壓轉(zhuǎn)換、幅度調(diào)制等調(diào)整后再進行最后的抗混頻處理，即調(diào)理電路202內(nèi)還包括模擬抗混疊濾波器203，調(diào)整后的三相電網(wǎng)負載電流經(jīng)模擬抗混疊濾波器203接入AD采樣電路3，模擬抗混疊濾波器203能夠避免有源電力濾波裝置檢測的諧波電流產(chǎn)生混疊的現(xiàn)象。AD采樣電路3在本實施例中為過采樣處理電路，即當(dāng)待注入補償電流的三相電網(wǎng)中諧波電流(也即所需注入的補償電流)的最高頻率為fh，AD采樣電路3的采樣頻率fswl的設(shè)定值滿足fswl > 2fh ；AD采樣電路3的采樣頻率fswl的設(shè)定值為一 個高頻率的值。將過采樣處理電路作為AD采樣電路3可以避免使用昂貴的抗混疊模擬濾波器，也可以使得有源電力濾波裝置的多路電流、電壓通道可以采用結(jié)構(gòu)相對簡單的抗混疊模擬濾波器。諧波檢測電路4包括用于將經(jīng)處理的負載電流從a-b-c三相平面轉(zhuǎn)換到q_d兩相平面的第一坐標(biāo)變換模塊401，轉(zhuǎn)換后的負載電流信號分為q軸電流以及d軸電流；用于獲取q軸電流或d軸電流的直流部分的低通濾波器402 ；以及，用于將q軸電流或d軸電流直流部分與相應(yīng)的q軸電流或d軸電流運算得到所述諧波電流的第一比較點403，第一比較點403用于將上述q軸電流或d軸電流直流部分與原始q軸電流或d軸電流進行加減運算,得到接入的三相電網(wǎng)負載電流上的諧波電流。在本實施例中，低通濾波器402的系統(tǒng)函數(shù)H(Z)滿足山)=Hi(Z)XH2(Z)①
TT- . I + b^z +bJkz ~ I —Z ￡= Π 4-——-~τΧ-r
U k ! + GlkZ-i^a2kZ-2 L{l-z-1)式①中,H1(Z)為二階巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，H2(z)為MA濾波器的系統(tǒng)函數(shù)，即
I 4-h-I- hI _4 -~~2JZ~T，H2 (-)=—~^-(2)
Ir 1 + %Z +a2kzL(l-z ')式②中，k為所述的低通濾波器具有二階巴特沃斯濾波器的級聯(lián)個數(shù)，k=l. ..η, η為所述的低通濾波器中的第η個二階巴特沃斯濾波器；blk、b2k、a2k、alk分別為所述二階巴特沃斯濾波器的系數(shù)；L為MA濾波器的階數(shù)。控制電路5包括用于將上述諧波電流與反饋的補償電流相運算得到二相平面驅(qū)動信號的第二比較點501。在這里，由于主電路I與控制電路5構(gòu)成了一個反饋回路，主電路I將所述補償電流注入三相電網(wǎng)的同時，將該補償信號反饋至控制電路5，并與諧波電流進行加減運算，得到q_d 二相平面上的驅(qū)動信號。而注入三相電網(wǎng)的補償電流為一 a-b-c三相平面上的電流信號，在反饋至控制電路5時需要通過一個與第一坐標(biāo)變換模塊401相同結(jié)構(gòu)的第三坐標(biāo)變換模塊502，即通過第三坐標(biāo)變換模塊502將補償電流從a-b-c三相平面轉(zhuǎn)化為q_d 二相平面。[0063]用于將所述二相平面驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換成三相平面驅(qū)動信號的第二坐標(biāo)變換模塊503。為了提高第二比較點501輸出得到的驅(qū)動信號的精度，第二坐標(biāo)變換模塊503與第二比較點501之間設(shè)有比例微分控制器504。三相平面驅(qū)動信號輸入至SPWM調(diào)制器505。用于將所述三相平面驅(qū)動信號輸出至所述主電路的SPWM調(diào)制器505。SPWM調(diào)制器505對輸入的驅(qū)動信號進行正弦脈寬調(diào)制，將驅(qū)動信號變?yōu)槊}沖寬度按正弦規(guī)律變化(即與正弦波等效)的PWM波形(即SPWM波形)，使得驅(qū)動信號以PWM波形控制主電路I中IGBT的通斷狀態(tài)，從而控制主電路I輸出注入三相電網(wǎng)的補償電流。上述結(jié)構(gòu)中，諧波檢測電路4和控制電路5均為兩相結(jié)構(gòu)，其中，q軸電流以及d軸電流分別經(jīng)由低通濾波器402、第一比較點403、第二比較點501以及 比例微分控制器504構(gòu)成的電流通道。除了上述結(jié)構(gòu)，在本實施例的有源電力濾波裝置還包括第一坐標(biāo)變換模塊401與低通濾波器402之間的抽取器404 ;抽取器404能夠用于按預(yù)先設(shè)定的整數(shù)因子M對q軸電流或d軸電流進行減采樣處理，屬于一種多重采樣算法。多重采樣算法能夠降低了本系統(tǒng)的采樣頻率(因本系統(tǒng)使用過采用電路作為AD采樣電路3，造成系統(tǒng)采樣頻率的提高)，減輕系統(tǒng)后續(xù)的檢波計算量。為了避免抽取器404對所述的q軸電流或d軸電流進行減采樣處理的過程中產(chǎn)生的電流混疊問題，諧波檢測電路4還包括第一坐標(biāo)變換模塊401與抽取器404之間的帶限濾波器405，帶限濾波器405將經(jīng)AD采樣處理后的負載電流信號的帶寬限制在頻率fh內(nèi)，從而避免系統(tǒng)產(chǎn)生電流混疊的現(xiàn)象。本實用新型的有源電力濾波裝置的低通濾波器是一種將IIR濾波器(即本實施例則采用二級巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函數(shù))和MA濾波器相結(jié)合的高性能數(shù)字低通濾波器；在對q軸電流和d軸電流進行的交直流分離的過程中，本實用新型的低通濾波器在動態(tài)響應(yīng)方面由于采用了濾波器級聯(lián)的方式，IIR濾波器的過渡帶可以設(shè)計得較寬，使得低通濾波器的階數(shù)得以降低，因此優(yōu)化本實用新型低通濾波器的動態(tài)響應(yīng)時間主要由MA濾波器決定，可以根據(jù)所需要的動態(tài)響應(yīng)速度進行MA濾波器階數(shù)的設(shè)計；在濾波精度方面，在IIR濾波器的過渡帶內(nèi)的諧波由MA濾波器進行衰減，在IIR濾波器的過渡帶之外的諧波，IIR濾波器提供了足夠高的濾波精度，來彌補MA濾波器的濾波精度不足的缺點。基于上述，本實用新型的低通濾波器既能滿動態(tài)響應(yīng)速度的要求，也能滿足濾波精度的要求，能夠在諧波檢測時有效分離有功電流和無功電流的直流量和交流量，從而提高了本實用新型有源電力濾波裝置的反應(yīng)效率以及檢波精度。如圖3所示，抽取器404內(nèi)實現(xiàn)如下過程(用X (η)表示輸入抽取器的d軸電流d (η)或q軸電流q (η)上的采樣點,用y (η)表示輸出抽取器的d軸電流d (η)或q軸電流q(n)上的采樣點):讀入采樣點X (n)，將該采樣點存入抽取器內(nèi)的暫存器，并判斷是否已經(jīng)讀取得到M個采樣點；若還沒有得到M個采樣點，則重復(fù)上述過程；若恰好得到M個采樣點，否則將暫存器中最后一個采樣點輸出給y U)。將d軸電流d(n)以及q軸電流q(n)按上述整數(shù)因子M進行抽取，表示將系統(tǒng)采樣頻率從fswl降低到fsw2 = fswlM = 2fh，則折疊頻率為fswl/2M = fh，為了防止fh頻率及以上的電流混疊，在抽取器前需要加入一個帶限濾波器，使頻率不能超過fh，這樣電流信號d(n)、q(n)的帶寬就被限制在fh以內(nèi)，得到了新的d軸電流(Mn)以及q軸電流Q1 (η)，通過抽取器對信號Cl1 (n)、qi (η)每隔M個點進行抽樣，得到最終的進入高性能數(shù)字低通濾波器的d軸電流d2 (η)以及和q軸電流q2 (η),電流信號d2 (η)、q2 (n)頻譜的重復(fù)周期變?yōu)閒ww2,如式④和式⑤所示式④以及式⑤中，n表示經(jīng)抽取器抽取后的n個采樣點，nM表示抽取器抽取前的nM個采樣點；h (k)表示帶限濾波器單位脈沖的響應(yīng)函數(shù)，k表示移位周期系數(shù)。在使用帶限濾波器的時候，為了避免出現(xiàn)高階數(shù)的FIR濾波器設(shè)計，采用多相分解法設(shè)計上述帶限濾波器，其分相結(jié)構(gòu)切換器的框圖如圖4所示。圖4中，x(n)表示d軸電流d (η)或q軸電流q (n), h0 (η), Ii1 (η), . . , Iv1 (η)表示分相結(jié)構(gòu)的子濾波器，y0 (η),Y1(Ii), ..，Yw (η)表示經(jīng)濾波后的信號，經(jīng)疊加后得到的y(n)對應(yīng)為新的d軸電流(I1 (η)以及q軸電流Q1 (η)。圖5是截止頻率同為2500Hz的前置模擬抗混疊濾波器的設(shè)計，其中，圖5 (a)部分是傳統(tǒng)前置模擬抗混疊濾波器電路圖，圖5 (b)部分是基于AD采樣采用多重采樣算法的前置模擬抗混疊濾波器電路圖，在采用了多重采樣后，前置模擬抗混疊濾波器的過渡帶可以設(shè)計的較寬，這有效降低了前置模擬抗混疊濾波器的階數(shù)，進而降低了前置模擬抗混疊濾波器的設(shè)計難度和系統(tǒng)成本。步驟(4. 2)中，建立Park逆矩陣將所述驅(qū)動信號從兩相平面轉(zhuǎn)換到三相平面，利用了上述第二坐標(biāo)變換模塊503，第二坐標(biāo)變換模塊503內(nèi)實現(xiàn)了以下處理過程通過如式⑥所示的Park逆矩陣，得到需要的三相驅(qū)動信號式⑥的物理量含義同式③。經(jīng)式⑥的變換。將驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化為可輸入至主電路的驅(qū)動信號，即三相平面的驅(qū)動信號。本實用新型進行仿真對比的過程如圖6和圖7所示。在仿真實驗中，圖6的諧波源通過如下方式得到三相整流電路每隔O. 05s封鎖一次整流橋，封鎖O. 05s后繼續(xù)整流，而整流橋的負載在Is時減小一倍，相當(dāng)于相電流基波幅值增大一倍，為了表征電網(wǎng)中可能存在的間諧波，再加入一組幅值為20A的105Hz諧波組。在此諧波源下，最終得到的電網(wǎng)三相相電流波形如圖7(a)所示，該三相相電流經(jīng)過同步坐標(biāo)變換后，得到P_q坐標(biāo)系下有功和無功電流，如圖7(b)所示。輸入系統(tǒng)的負載電流(見圖6 Ca)部分，含諧波電流，即諧波電流)經(jīng)平面轉(zhuǎn)化后形成需要分離直流分量的d軸電流以及q軸電流(見圖6 (b)部分)。上述d軸電流(即圖6 (b)中的ip,這里，ip等同于本實施例的id,下同)以及q軸電流(即圖6 (b)中iq,也為本實施例的iq，下同)分別經(jīng)MA濾波器、巴特沃斯濾波器、以及本發(fā)明的低通濾波器進行交直流分離后，得到圖7的對比示意圖。其中，對上述諧波源有功電流以及無功電流進行濾波的MA濾波器、巴特沃斯濾波器和本發(fā)明的低通濾波器設(shè)置為具有相同阻帶邊緣頻率，該頻率fst = IOHz, MA濾波器、巴特沃斯濾波器、以及本發(fā)明的低通濾波器的各自的性能示意圖分別為圖7(a)部分、圖7(b)部分以及圖7(c)部分。從圖7(a)部分、圖7(b)部分以及圖7(c)部分構(gòu)成的性能對比圖可知采用本實施例的低通濾波器進行q軸電流和d軸電流的交直流分離。由于所設(shè)計的低通濾波器采用MA濾波器和巴特沃斯濾波器進行優(yōu)化級，在動態(tài)響應(yīng)方面，因采用了級聯(lián)的方式，巴特沃斯濾波器的過渡帶可以設(shè)計的較寬，濾波器的階數(shù)得以降低；優(yōu)化數(shù)字低通濾波器的動態(tài)響應(yīng)時間T主要由MA濾波器決定，為T = L/fsw2，( L為MA濾波器的階數(shù)，fsw2為MA濾波器的采樣頻率)可以根據(jù)所需要的動態(tài)響應(yīng)速度進行MA濾波器階數(shù)的設(shè)計。在濾波精度方面，在巴特沃斯濾波器的過渡帶內(nèi)的諧波由MA濾波器進行衰減，在巴特沃斯濾波器的過渡帶之外的諧波，巴特沃斯濾波器提供足夠高的濾波精度，來彌補MA濾波器的濾波精度不足的缺點。因此，本實用新型的低通濾波器既能滿動態(tài)響應(yīng)速度的要求，也能滿足濾波精度的要求。
權(quán)利要求1.一種能夠應(yīng)用于有源電カ濾波裝置的低通濾波器，其特征在于，所述的低通濾波器由至 少ー個IIR濾波器以及至少ー個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求I所述的低通濾波器，其特征在于，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。
3.如權(quán)利要求I或2所述的低通濾波器，其特征在于，所述的IIR濾波器為ニ階巴特沃斯濾波器的系統(tǒng)函數(shù)。
4.一種有源電カ濾波裝置，包括 用于向三相電網(wǎng)注入補償電流的主電路； 依次連接的電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路，所述的電流互感器接入所述的三相電網(wǎng)； 用于提取經(jīng)所述電流互感器、調(diào)理電路以及AD采樣電路的三相電網(wǎng)負載電流信號中諧波電流的檢測電路； 用于根據(jù)所述諧波電流以及反饋的補償電流形成驅(qū)動信號以控制主電路輸出所述補償電流的控制電路，所述的控制電路檢測電路的輸出端相連，并與所述的主電路形成反饋回路；所述的檢測電路以及控制電路為兩相結(jié)構(gòu)，所述的檢測電路包括輸入檢測電路的負載電流信號從三相平面轉(zhuǎn)換到兩相平面的第一坐標(biāo)變換模塊，轉(zhuǎn)換后的負載電流信號分為q軸電流以及d軸電流，用于獲取q軸電流或d軸電流的直流部分的低通濾波器，以及用于將q軸電流或d軸電流的直流部分與相應(yīng)的q軸電流或d軸電流運算得到所述諧波電流的第一比較點；其特征在于，所述的低通濾波器由至少ー個IIR濾波器以及至少ー個MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的有源電カ濾波裝置，其特征在于，所述的IIR濾波器為巴特沃斯濾波器。
6.如權(quán)利要求5所述的有源電カ濾波裝置，其特征在于，所述的IIR濾波器為ニ階巴特沃斯濾波器。
7.如權(quán)利要求4所述的有源電カ濾波裝置，其特征在于，所述的調(diào)理電路包括模擬抗混疊濾波器。
8.如權(quán)利要求7所述的有源電カ濾波裝置，其特征在于，所述的諧波檢測電路還包括所述第一坐標(biāo)變換模塊與低通濾波器之間依次連接的帶限濾波器以及抽取器。
專利摘要本實用新型公開了一種低通濾波器、有源電力濾波裝置及基于該有源電力濾波裝置的諧波檢測方法。本實用新型的低通濾波器由IIR濾波器以及MA濾波器級聯(lián)構(gòu)成。本實用新型的有源電力濾波裝置包括用于向三相電網(wǎng)注入補償電流主電路、互感調(diào)理電路、AD采樣電路、采用上述低通濾波器的檢測電路以及形成主電路驅(qū)動信號的控制電路。本實用新型的方法包括使用上述有源電力濾波裝置實現(xiàn)步驟對三相電網(wǎng)內(nèi)的負載電流依次進行檢測、調(diào)整以及AD采樣；提取諧波電流；根據(jù)所述諧波電流形成驅(qū)動信號。本實用新型克服了現(xiàn)有諧波檢測技術(shù)中有功電流和無功電流的直流量和交流量分離不佳的問題，提高濾波精度的同時具備較快的動態(tài)響應(yīng)，能夠快速精確地檢測出電網(wǎng)中諧波電流含量。
文檔編號H02J3/01GK202616779SQ20122023710
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者楊家強, 尹宏清, 白楊, 曾爭 申請人:浙江大學(xué), 江陰嘉臣電氣自動化有限公司