陳小飛 陳 鵬

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基于HHT 的雙PWM整流逆變諧波分析

陳小飛1陳 鵬2

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由于整流設(shè)備的應(yīng)用，使電能質(zhì)量受到嚴(yán)重的污染。針對(duì)雙脈寬調(diào)制（PWM）控制的整流逆變的輸出電壓諧波信號(hào)，提出了基于希爾伯特-黃（HHT）變換方法的檢測(cè)分析方法。在MATLAB的基礎(chǔ)上，先對(duì)諧波信號(hào)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD），再對(duì)其進(jìn)行希爾伯特變換（HT），分別得到本征模態(tài)函數(shù)（IMF）和輸出電壓的瞬時(shí)信號(hào)頻率及幅值分布等參數(shù)信息來(lái)分析諧波信號(hào)。

雙PWM；希爾伯特-黃變換；整流逆變；諧波分析

引言

經(jīng)典的信號(hào)處理方法是傅里葉變換（FFT）和小波分析。與FFT與小波變換不同的是，HHT算法不用選取基函數(shù)，其具有很好的自適應(yīng)性，能夠得到瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)幅值，能夠很好地反映信號(hào)頻率與時(shí)間的關(guān)系。

1 HHT原理

EMD分解和HT變換：

EMD分解就是在復(fù)雜的信號(hào)中把IMF（固有模態(tài)函數(shù)）分離出來(lái)，此方法可以把原始信分解為：

對(duì)經(jīng)過(guò)EMD方法分離出的IMF進(jìn)行Hilbert變換，從而的到信號(hào)的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)幅值。然后可以求得頻率-時(shí)間-頻譜的三維分布圖，稱為Hilbert頻譜，在Hilbert頻譜基礎(chǔ)上通過(guò)積分可求得信號(hào)的邊際譜：

2 整流逆變模型

在圖1所示三相整流逆變的拓?fù)潆娐分?，輸出的信?hào)用來(lái)調(diào)節(jié)正弦調(diào)制信號(hào)的幅值，再將此調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)進(jìn)行比較生成PWM信號(hào)，來(lái)控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，完成對(duì)輸出電壓的控制。

為了使變換器運(yùn)行穩(wěn)定，電容C上的電壓Vo必須保持恒定不變，因此對(duì)電壓采用反饋閉環(huán)控制。三相電壓型雙PWM整流逆變的一種控制策略原理圖如圖2所示。

3 仿真結(jié)果與分析

本文在MATLAB/Simulink下構(gòu)建了所提出的PET（電力電子變壓器）系統(tǒng)仿真模型。以A相為例，在沒有雙PWM控制模塊的情況下，仿真出來(lái)的三相電源經(jīng)整流逆變后的A相電壓波形如圖3所示，波形中含有低次諧波，失真較為嚴(yán)重。

然后將圖3的波形作為采樣信號(hào)，調(diào)用仿真出來(lái)的波形數(shù)據(jù)，加載到已經(jīng)編程好的HHT程序中，采樣頻率為2000Hz，采樣時(shí)間均為0.25s，采樣信號(hào)的頻譜圖如圖4所示，可以判斷采樣信號(hào)的諧波數(shù)量與諧波頻率。

圖1 三相整流逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 控制電路結(jié)構(gòu)圖

由此可以看出，整流逆變電路通過(guò)在系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)中添加了雙PWM控制電路，重新仿真出來(lái)的A相逆變電壓波形如圖5所示。圖中的波形幾乎接近于平滑，有效減少了諧波的數(shù)量，提高了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電能的質(zhì)量。

4 結(jié)論

基于HHT雙PWM整流逆變的諧波信號(hào)處理方法，將三相電源整流逆變后的非平穩(wěn)的電能質(zhì)量擾動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行EMD分解，得到IMF，再對(duì)IMF進(jìn)行HT變換，得到電壓的瞬時(shí)信號(hào)頻率及幅值分布等參數(shù)信息小，從而準(zhǔn)確分析出采樣信號(hào)中所包含的諧波，為其他電力電子設(shè)備的諧波分析提供了有力的支持。

圖3 無(wú)雙PWM控制電路的A相逆變電壓波形

圖4 采樣信號(hào)HT后的時(shí)頻譜圖

圖5 有雙PWM控制電路的A相逆變電壓波形

[1]李天云，趙妍，李楠，等.基于HHT的電能質(zhì)量檢測(cè)新方法[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2005，25（17）：52～56.

[2]陳明德.基于HHT算法的電力系統(tǒng)諧波分析的研究[D].湖北工業(yè)大學(xué)，2014：1～81.

[3]李婉娉，李鵬，劉承佳，莊曉娜.基于HHT的微網(wǎng)中諧波與間諧波的檢測(cè)與分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（4）：20～24.

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