魯海霞 潘衛(wèi)

【摘要】隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，由于電力系統(tǒng)中的各種新型非線性負(fù)載帶來的諧波危害也越來越嚴(yán)重，有源電力濾波器是對諧波進(jìn)行檢測、補(bǔ)償并消除的有效方法，文中對有源電力濾波系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了簡要分析，同時提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法，該方法主要是使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對電阻等負(fù)載造成的諧波進(jìn)行有效分析，給原濾波器相對應(yīng)的電力系統(tǒng)中的基波有功電流的檢測更加完善和徹底，仿真結(jié)果驗證了該設(shè)計理論及其分析結(jié)果是正確的。

【關(guān)鍵詞】諧波;APF;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

Abstract：With the development of the power of electronics technology，due to a variety of new non-linear loads are growing has caused much harmonic in power system，active power filter is the effective way to harmonic and compensate for the elimination.The working principle of active power filter system are briefly analyzed for this paper，and proposed a detection method based on neural networks，which are mainly using neural network load caused by harmonic resistance，etc.for effective analysis，to the original filter detection of the corresponding power system fundamental active current of more complete and thorough simulation results validate the design theory and analysis results are correct.

Key word：Harmonic;APF;neural networks

1.引言

在我國的可以發(fā)展和社會進(jìn)步過程中，特別是各種高科技的產(chǎn)品以及衍生物的出現(xiàn)，發(fā)展進(jìn)程不斷加快，由于我國的地理結(jié)構(gòu)，特別是資源分布不均決定了電網(wǎng)的地理結(jié)構(gòu)配置，尤其是在惡劣環(huán)境狀況下長遠(yuǎn)距離的電網(wǎng)配送傳輸，這樣不得不造成電能在傳輸過程中的出現(xiàn)諸多問題，基于越來越到的三相交流正弦設(shè)備電壓的穩(wěn)定性，尤其是大量的非線性設(shè)備在交流電下產(chǎn)生的非正弦電流（電壓等）信號，造成了其電能的有效性利用和一系列諧波的干擾等等。有源電力濾波器（Active Power Filter，APF）則應(yīng)運(yùn)而生，其優(yōu)點(diǎn)是可以抑制一些諧波來提高電能的穩(wěn)定性和電能的質(zhì)量，其中在諧波處理這一塊加入新型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，如現(xiàn)今的BP、FFT神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的運(yùn)用在電力濾波器中，能夠在諧波的處理過程中更加的準(zhǔn)確和穩(wěn)定，極大地加快了效率和保證了電能的質(zhì)量，也是目前市場情景很廣的一個重要課題。

2.電力諧波的檢測方法

在現(xiàn)代的電力系統(tǒng)中，尤其的當(dāng)前的三相交流電無時不刻地出現(xiàn)各種干擾性諧波，影響電能質(zhì)量和效率。在傳統(tǒng)的諧波檢測中有一些比較傳統(tǒng)的方法，特別在最初使用的無源濾波器進(jìn)行簡單且原始地濾波，這種濾波器在使用的同時也帶來了很多的不便和出現(xiàn)更多新的問題，在后來也慢慢被淘汰。于是在后來演變了幾種比較常用的方法，每種方法有其各自特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，因此了解各種諧波檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用場合對擬制諧波是非常重要的。就目前廣泛應(yīng)用的是那些基于瞬時無功功率理論的p-q法，法和同步檢測法以及基于正弦函數(shù)正交特性法的檢測等方法，然后通過一些仿真比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合，為有效擬制諧波提供理論及實際指導(dǎo)。分析及仿真表明，有效利用各種諧波檢測方法的特點(diǎn)進(jìn)行諧波擬制是非常有效、實用的，這是充分利用其反向特點(diǎn)分析的。

2.1 檢測法

就目前大部分的諧波檢測而言，基本都是運(yùn)用檢測法進(jìn)行諧波檢測，在諧波檢測的基本工作原理是：將電壓或電感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號并進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠡蚩s?。ǜ鶕?jù)實際信號的輸出情況進(jìn)行放大或縮小）。首先指令運(yùn)算電路就是諧波檢測的重要部分，其作用是在有源電力濾波器的補(bǔ)償作用下得出其補(bǔ)償電路的指令信號（電流信號），其中常用且最為重要的部分是三相電路的檢測方法，在實際生活中常用的有兩種：一種是電路諧波檢測法，另一種是無功電流檢測法。如下圖1是電路-諧波檢測的原理示意圖.其方法的基本原理是利用三相電壓源中的其中一項與同相位的正弦信號和相對應(yīng)的余弦信號sinωt_cosωt，然后他們由一個相鎖環(huán)（PLL）和sinωt_cosωt信號的發(fā)生電路模塊得到。再根據(jù)定以及其公式計算出、。在圖中、是由、、產(chǎn)生的、于是由、可以計算出、、，進(jìn)而計算出、、。運(yùn)算公式如圖1所示。

圖1 三相電流諧波檢測原理示意圖

（6）

（7）

（8）

（9）

用給定這些式子可以理想化的酸楚相應(yīng)的補(bǔ)償電流出來，這樣根據(jù)所需的參數(shù)量來進(jìn)行可控補(bǔ)償。最終達(dá)到諧波抑制的目的。

2.2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電流檢測

在傳統(tǒng)的APF（有源電力濾波器）中，我們很難有準(zhǔn)確的測量方法，即是根據(jù)理想化的公式也只能進(jìn)行理想的運(yùn)算，然而在實際運(yùn)行過程中，其測量參數(shù)準(zhǔn)確度的有很大差距，于是我們提出了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電流檢測方法，這樣在有源電力濾波器中有了很好檢作用，其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理圖 如下圖2所視，它具有多種跟蹤捕捉參數(shù)的能力，也能更為快速、準(zhǔn)確地檢測出來，達(dá)到的結(jié)果更接近理想值，在有源電力濾波器中加入運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)今以及未來的一個趨勢。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 ? ? ?圖3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理圖

3.建立相關(guān)模型并仿真

在APF的濾波基礎(chǔ)上加入需要的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，更能有效且準(zhǔn)確地檢測諧波并進(jìn)行有效的補(bǔ)償，最終得到需要的電流（電壓）信號供日常實際生產(chǎn)。在被控參數(shù)的前饋期加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以很好的前饋控制，這樣的優(yōu)點(diǎn)是互惠產(chǎn)生不必要的延遲，同時可以減小工作時間。

3.1 模型建立

由于該研究主要針對于日常用的三相電力系統(tǒng)中，所以本文也是以三相交流為研究對象，其主要原理框圖如圖4所示

圖4 加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有源濾波的簡易原理框圖

我們可以很弄清楚地看到，濾波裝置（APF）中加入可控串補(bǔ)神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)調(diào)節(jié)模塊，由圖中可以看出主要對一些交流電流等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償和抑制，在實際的運(yùn)行環(huán)境中一系列的諧波、內(nèi)外振蕩和非穩(wěn)定因素等干擾就得到了很好的抑制和處理，電壓（電流）變得更穩(wěn)定并且得到補(bǔ)償和提高，很接近預(yù)期理論計算值，最終改善了運(yùn)行環(huán)境，提高了電能的質(zhì)量，同時更能有效地節(jié)省資源和提高電能有用功率。在每個模塊達(dá)到自己的理論使用效果后，就可以很好地達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

3.2 仿真結(jié)果

本文研究對象主要是針對于三相交流電的電流參數(shù)進(jìn)行測試，得到了一些列的仿真結(jié)果，基本能夠反映研究的基本目的。下列圖形分別給出了其三相交流電流諧波補(bǔ)償抑制的仿真圖像。

（1）當(dāng)給定電壓在380v、50Hz、α=30°時，在給與一定負(fù)載，得到的電流波形圖如下圖5所示，諧波很明顯，三相正弦電流波形受到的干擾很明顯，在有源濾波器的作用，諧波得到了很好的抑制并且提供了相應(yīng)的補(bǔ)償，是電流波形接近正常。

（2）當(dāng)給定電壓為380V、50Hz、α=30°時，同時給與一定負(fù)載，得到的電流波形圖如下圖6所示，諧干很明顯，可知三相正弦電流波形受到的干擾很明顯，在有加入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后的有源濾波器的作用下，我們能夠很明顯地看到諧波得到了很好的抑制，且給予的補(bǔ)償也很充分，電流的曲線圖像變得更接近理想值，振幅也比以前增大了，從圖像中我們可以得出在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的作用下，有源電力濾波器的作用能夠發(fā)揮得更加充分和完善，也是我們研究的重點(diǎn)和趨勢。

4.總結(jié)

本文主要是在諧波污染現(xiàn)狀上，對諧波進(jìn)行系統(tǒng)的研究，尤其是在諧波檢測的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，并設(shè)計了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有源電力諧波檢測法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有逼近任意非線性函數(shù)能力，響應(yīng)快、超調(diào)小、誤差小、魯棒性好等一些優(yōu)點(diǎn)，克服了有源電力濾波器補(bǔ)償性能不足，檢測效率低等缺點(diǎn)。其仿真結(jié)果表明基于該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測模塊的試驗中，可以得出其具有快速且準(zhǔn)確的檢測抑制效果，對今后的諧波抑制方面具有很好的發(fā)展前景。

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作者簡介：魯海霞（1985—），女，湖北黃岡人，碩士，現(xiàn)供職于武漢生物工程學(xué)院機(jī)電工程系，主要研究方向：自動化以及電工電子。