亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        引入超前-滯后校正的數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2016-10-12 06:58:46郭喜峰欒方軍劉美菊李云路
        自動(dòng)化儀表 2016年9期
        關(guān)鍵詞:優(yōu)化檢測系統(tǒng)

        郭喜峰 欒方軍 劉美菊 李云路 劉 劍

        (沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院1,遼寧 沈陽 110866;東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2 ,遼寧 沈陽 110819)

        ?

        引入超前-滯后校正的數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)

        郭喜峰1欒方軍1劉美菊1李云路2劉劍1

        (沈陽建筑大學(xué)信息與控制工程學(xué)院1,遼寧 沈陽110866;東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院2,遼寧 沈陽110819)

        為滿足有源電力濾波器諧波檢測的需要,提出同時(shí)加入超前和滯后校正改善低通濾波器特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在比較各種濾波器后,選取二階橢圓型濾波器作為諧波檢測的核心;通過分析系統(tǒng)零極點(diǎn)的分布,得出影響系統(tǒng)性能的參數(shù)配置關(guān)系,并加入超前-滯后校正,對數(shù)字低通濾波器進(jìn)行優(yōu)化。仿真試驗(yàn)表明,該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠更好地滿足電網(wǎng)諧波和基波無功電流檢測的需要,使檢測系統(tǒng)同時(shí)獲得良好的檢測精度和令人滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。

        超前校正滯后校正諧波檢測數(shù)字低通濾波器有源電力濾波器優(yōu)化

        0 引言

        有源電力濾波器(activepowerfilter,APF)是有效抑制諧波的重要手段。具有較好實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的諧波檢測系統(tǒng)是APF消除諧波、補(bǔ)償無功的前提,諧波檢測算法的優(yōu)越性是APF正常工作的基本保障,數(shù)字低通濾波器(lowpassfilter,LPF)的合理性將直接決定諧波檢測系統(tǒng)的工作性能[1-3]。

        文獻(xiàn)[4]提出數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì),給出基本的選型和階次,但沒對數(shù)字低通濾波器響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)的數(shù)字低通濾波器具有預(yù)測功能,但從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,基波信號提取平滑度不高,含有部分高次諧波成分。文獻(xiàn)[6]中研究了巴特沃斯數(shù)字低通濾波器的截止頻率和調(diào)整時(shí)間的關(guān)系,試驗(yàn)數(shù)據(jù)較詳細(xì),但沒有對其他類型的數(shù)字低通濾波器進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[7]中的數(shù)字低通濾波器是通過雙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的,并給出了系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下的波形圖,但未給出系統(tǒng)穩(wěn)定前的波形圖。文獻(xiàn)[8]提出基于校正網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測方法,即加入超前校正的巴特沃斯數(shù)字低通濾波器,使系統(tǒng)得到較快的響應(yīng)速度;但文中沒有對校正網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)分析,加入超前校正后需要綜合考慮,因?yàn)閯?dòng)態(tài)響應(yīng)較快的同時(shí)也會(huì)加大系統(tǒng)的超調(diào)和穩(wěn)態(tài)誤差。

        本文選取二階橢圓濾波器,加入超前-滯后校正對數(shù)字低通濾波器進(jìn)行優(yōu)化,并對不同類型濾波器加入校正前后的情況進(jìn)行仿真和試驗(yàn)比較。比較結(jié)果表明,基于超前-滯后校正的優(yōu)化設(shè)計(jì)使整個(gè)檢測系統(tǒng)具有良好的檢測精度和令人滿意的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,提高了APF的補(bǔ)償能力,也驗(yàn)證了本文方法的有效性。

        1 基于ip-iq理論的諧波電流檢測原理

        ip-iq諧波檢測法是在瞬時(shí)功率理論的基礎(chǔ)上發(fā)展并獲得應(yīng)用的。在三相電路諧波電流檢測中,首先將三相信號變換為互相垂直的兩相信號[9-11]。

        (1)

        式中:ia、ib、ic分別為各相電流的瞬時(shí)值;ip、iq分別為瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無功電流。

        當(dāng)電網(wǎng)電壓對稱無畸變時(shí),有:

        (2)

        ip、iq經(jīng)過低通濾波器后,得到:

        (3)

        對式(3)求逆變化,可得:

        (4)

        式中:iaf、ibf、icf分別為檢測電流ia、ib、ic的基波分量。將檢測的三相電流信號減去基波信號,便得到諧波電流信號。

        基于ip-iq法諧波檢測原理如圖1所示。當(dāng)iq為零時(shí),補(bǔ)償所有的無功分量;否則不對無功分量進(jìn)行補(bǔ)償。

        圖1 基于ip-iq法諧波檢測原理圖

        2 數(shù)字低通濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.1數(shù)字低通濾波器

        基于瞬時(shí)無功功率理論檢測諧波和基波無功電流的方法,都要用數(shù)字低通濾波器從總的有功電流和無功電流中獲取直流分量[2]。很明顯,LPF的性能將直接決定檢測方法的精確性和動(dòng)態(tài)跟蹤速度,并最終影響APF的諧波補(bǔ)償性能[9-11]。常用的數(shù)字低通濾波器主要類型有:巴特沃斯(Butterworth)數(shù)字低通濾波器、切比雪夫(Chebyshev)Ⅰ型和Ⅱ型數(shù)字低通濾波器、橢圓(Elliptic)濾波器等。不同濾波器的濾波效果如圖2所示。圖2(a)是信號s=3+0.2sin(300πt)+0.11sin(300πt)在通過頻率、截止頻率分別為30Hz和50Hz,通帶衰減、阻帶衰減分別為1dB和80dB下的濾波效果。根據(jù)負(fù)載諧波特性分析,對要濾波的諧波信號主要成分進(jìn)行重構(gòu),用以檢驗(yàn)各種不同濾波器的濾波效果。圖2(b)是在相同條件下一階至五階橢圓數(shù)字低通濾波器的濾波效果。圖2(c)是不同通過頻率的二階、三階橢圓數(shù)字濾波器的濾波效果。

        圖2 不同濾波器濾波效果圖

        從圖2(a)可以看出,ChebyshevⅡ?yàn)V波器具有最快的動(dòng)態(tài)響應(yīng),Elliptic濾波器次之,Butterworth濾波器最慢。但Elliptic濾波器在線性相位、衰減斜率及加載特性等方面具有特性均衡的特點(diǎn)[12]。

        從圖2(b)可以看出,橢圓濾波器階次越高,需要的穩(wěn)定時(shí)間越長,相應(yīng)的上升時(shí)間越長;奇數(shù)次濾波結(jié)果沒有幅值衰減,而偶數(shù)次有一定衰減。當(dāng)穩(wěn)態(tài)誤差e≤5%時(shí),一階動(dòng)態(tài)效果最好,tr為0.006 7s;當(dāng)e≤1%時(shí),二、三階次均滿足要求。

        綜上比較,選取30~50Hz作為通過頻率。

        2.2加入校正的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        以本文選取的橢圓低通濾波器為基礎(chǔ),選取二階低通濾波器,通帶紋波1dB,阻帶衰減為80dB,截止頻率為30Hz,得到其傳遞函數(shù)H(s)為:

        (5)

        根據(jù)圖1,低通濾波器的傳遞函數(shù)為H(s),被檢測三相電流的拉氏變換為I(s),檢測得到的諧波電流拉氏變換為If(s),有:

        If(s)=[E-C23CC32H(s)]I(s)

        (6)

        式中:E為三階單位矩陣。

        基于ip-iq電流檢測方法的傳遞函數(shù)G(s)為:

        G(s)=1-H(s)

        (7)

        將式(6)代入式(7),傳遞函數(shù)為:

        (8)

        根據(jù)傳遞函數(shù),得出橢圓濾波器開環(huán)和閉環(huán)的零極點(diǎn)分布情況,如圖3所示。圖3中,P、Z表示零極點(diǎn)。

        圖3 電流檢測零極點(diǎn)分布

        通過圖3可以看出,諧波檢測系統(tǒng)的一對零點(diǎn)離原點(diǎn)較遠(yuǎn),導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢,并且系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)位于虛軸之上。在不改變系統(tǒng)穩(wěn)定性(即不改變系統(tǒng)極點(diǎn))的情況下,使校正后的系統(tǒng)極點(diǎn)位于坐標(biāo)原點(diǎn)附近,這樣檢測系統(tǒng)就具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

        本文選取的超前校正傳遞函數(shù)為:

        (9)

        滯后校正傳遞函數(shù)為:

        (10)

        式中:α>1;β>1。

        (11)

        由于系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)是-103.45±168.74 i,為不影響系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性,所以增加的滯后開環(huán)零點(diǎn)不能影響主導(dǎo)極點(diǎn)。這里,取主導(dǎo)極點(diǎn)10倍距離的點(diǎn)為1 034,那么Tg= 9.67×10-4s。取β=10,得到滯后校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)Gg(s)為:

        (12)

        校正后的傳遞函數(shù)為Hc(s)=H(s)Gd(s)Gg(s),加入校正的諧波檢測原理如圖4所示,優(yōu)化后系統(tǒng)零極點(diǎn)分布如圖5所示。

        圖4 校正后ip-iq法諧波檢測原理圖

        圖5 校正后電流檢測零極點(diǎn)分布

        3 仿真驗(yàn)證

        根據(jù)以上分析結(jié)果,利用Matlab建立仿真模型。選取的巴特沃斯二階低通濾波器超前校正網(wǎng)絡(luò)參數(shù)為(0.007 5s+1)/(0.000 075s+1),橢圓濾波器校正詳見式(11)、式(12),待濾波的信號為s(t)= 2.932×sin(200πt)+1.331sin(300πt),在0.15s進(jìn)行直流電流幅值切換。不同濾波器的校正網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線如圖6所示。圖6中:橢圓濾波器加超前-滯后校正上升時(shí)間為tr=18ms、超調(diào)量σ=1.2%、穩(wěn)態(tài)誤差為e≤1.1%,可獲取更好的動(dòng)態(tài)性能;只是穩(wěn)態(tài)誤差相對于橢圓濾波器加滯后校正略大,但是具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng),可見通過優(yōu)化提高了系統(tǒng)諧波檢測的性能。

        利用Matlab搭建三相不可控整流諧波源。仿真電路的主要參數(shù)有:電源頻率為50Hz、交流電壓為78V、阻抗為0.1Ω、感抗為0.1mH、限流電阻為18Ω、電抗為1mH。不可控整流部分電阻為5.4Ω、電感為1mH、電容為1 000μF。限流電阻在0.002s切換,在0.1s時(shí)增加一個(gè)并聯(lián)1Ω的負(fù)載。仿真精確性分析見表1。

        圖6 不同濾波器校正網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線

        濾波器+校正方法第二周波基波幅值/A誤差/%總諧波失真/%橢圓濾波器+超前—滯后校正6.828+0.520.44橢圓濾波器+超前校正6.996+2.511.12巴特沃斯濾波器+超前校正6.032-11.631.51橢圓濾波器+滯后校正6.778-0.660.42

        由表1可以看出,橢圓濾波器加超前-滯后校正的優(yōu)化方法相比巴特沃斯加超前校正,動(dòng)態(tài)響應(yīng)快且測量精確,對負(fù)載電流變化反應(yīng)更迅速;同時(shí),具有超前校正和滯后校正的優(yōu)點(diǎn),因此檢測效果更好。

        4 試驗(yàn)驗(yàn)證

        為了驗(yàn)證加入超前-滯后校正的優(yōu)化數(shù)字低通濾波器的可行性和實(shí)用性,利用試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。樣機(jī)核心采用的是TI公司32位浮點(diǎn)數(shù)字信號處理器TMS320F28335。樣機(jī)其他試驗(yàn)參數(shù)有:電源為38V/50Hz,系統(tǒng)阻抗為0.1Ω,進(jìn)線電感為1mH;三相不可控整流橋帶阻感負(fù)載,電感為2mH,電阻為10Ω;直流母線電壓為80V,直流儲(chǔ)能電容為5 000μF;系統(tǒng)頻率為12.8kHz。

        在檢測設(shè)備和試驗(yàn)條件相同的情況下,用不同數(shù)字低通濾波器完成APF的諧波治理。原系統(tǒng)畸變率為24.04%;采用超前—滯后校正橢圓濾波器的APF治理后,系統(tǒng)畸變率為6%;采用超前校正橢圓濾波器的APF治理后,系統(tǒng)畸變率為6.9%;采用超前校正的巴特沃斯濾波器的APF治理后,系統(tǒng)畸變率為7.7%;采用滯后校正的橢圓濾波器的APF治理后,系統(tǒng)畸變率為7.2%。試驗(yàn)證明,數(shù)字濾波器的選取決定了諧波檢測效果,且基于超前-滯后校正的橢圓數(shù)字濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果較好。

        5 結(jié)束語

        仿真結(jié)果和試驗(yàn)樣機(jī)的實(shí)測結(jié)果表明,以二階橢圓型數(shù)字濾波器為基礎(chǔ),加入超前-滯后校正對數(shù)字低通濾波器進(jìn)行優(yōu)化,使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能更加優(yōu)越,測量的準(zhǔn)確性有所提高。單純地加入超前校正,增加了系統(tǒng)的超調(diào)量;而只加入滯后校正,犧牲了系統(tǒng)的快速性。因此,基于超前-滯后校正對數(shù)字低通濾波器的優(yōu)化,提高了諧波檢測的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。在檢測設(shè)備和試驗(yàn)條件相同的情況下,采用超前-滯后校正的優(yōu)化數(shù)字低通濾波器,可以提高APF的性能指標(biāo),改善電網(wǎng)諧波的治理效果,從而證明了本文優(yōu)化方法的合理性和有效性。此外,該方法易于數(shù)字實(shí)現(xiàn),不需要額外的硬件投入,具有較高的實(shí)用價(jià)值。

        [1] 周鵬,賀益康.電網(wǎng)電壓不對稱且諧波畸變時(shí)基波電壓同步信號的檢測[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2010,31(1):78-84.

        [2] 周柯,羅安,夏向陽,等.一種改進(jìn)的ip-iq諧波檢測方法及數(shù)字低通濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(34):96-101.

        [3] 袁兆祥,鄭建勇,胡敏強(qiáng),等.有源濾波器中新型檢測濾波器的設(shè)計(jì)[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,28(9):45-49.

        [4] 陳仲.并聯(lián)有源電力濾波器實(shí)用關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].杭州:浙江大學(xué),2005.

        [5]KILICT,MILUNS,PETROVICG.Designandimplementationofpredictivefilteringsystemforcurrentreferencegenerationofactivepowerfilter[J].InternationalJournalofElectricalPower&EnergySystems,2007,29(2):106-112.

        [6]CHUDAMANIR,VASUDEVANK,RAMALINGAMCS.Comparativeevaluationofharmonicextractiontechniquesforthree-phasethree-wireactivepowerfilter[C]//ProceedingsoftheInternationalConferenceonPowerElectronicsandDriveSystems.IEEE2007:1700-1706.

        [7]BHATTACHARYAA,CHAKRABORTYA.Harmoniceliminationandreactivepowercompensationthroughashuntactivepowerfilterbytwinneuralnetworkswithpredictiveandadaptiveproperties[C]//IEEEInternationalConferenceonIndustrialTechnology,2009:1-6.

        [8] 吳勇.有源電力濾波器若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2007.

        [9] 史偉偉,蔣全,胡敏強(qiáng),等.串聯(lián)型電力有源濾波器中低通濾波器的設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2001,21(11):74-78.

        [10]王毅男,林偉.數(shù)字梯形成形濾波器的模塊化設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化儀表,2015,36(10):89-95.

        [11]尚海濤,薛紅喜.基于帶通濾波器的ZoomFFT算法研究[J].自動(dòng)化儀表,2011,32(4):11-17.

        [12]洪露,沈記全,穆志純.基于克隆選擇調(diào)節(jié)算法的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)[J].控制與決策,2007,22(11):1264-1268.

        OptimizedDesignofDigitalFilterwithLead-lagCorrection

        Aimingattheneedofharmonicdetectionofactivepowerfilter,anoptimizeddesignispresentedwithaddinglead-lagcorrectiontoimprovecharacteristicsoflow-passfilter.Second-orderellipsefilterischosenasthecoreoftheharmonicdetectionaftercomparingvariouskindsoffilters.Relationshipofparametersconfigurationwhichaffectssystemperformanceisworkedoutbyanalyzingdistributionofsystempole-zero,thenlead-lagcorrectionisaddedtooptimizelow-passfilter.Simulationandexperimentsshowthatthisoptimizeddesignbetterfitstherequirementsfordetectingthegridharmonicsandfundamentalreactivecurrent,makesthedetectionsystemmaysimultaneouslyobtainexcellentaccuracyandsatisfactorydynamicresponsespeed.

        LeadcorrectionLagcorrectionHarmonicdetectionDigitallowpassfilterActivepowerfilterOptimization

        郭喜峰(1981—),男,2013年畢業(yè)于東北大學(xué)電氣工程專業(yè),獲博士學(xué)位,副教授;主要從事電能質(zhì)量的研究。

        TH7;TP2

        ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609022

        國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號:51467017);沈陽建筑大學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號:XKHY2-73)。

        修改稿收到日期:2015-12-17。

        猜你喜歡
        優(yōu)化檢測系統(tǒng)
        Smartflower POP 一體式光伏系統(tǒng)
        超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化思考
        “不等式”檢測題
        “一元一次不等式”檢測題
        “一元一次不等式組”檢測題
        民用建筑防煙排煙設(shè)計(jì)優(yōu)化探討
        關(guān)于優(yōu)化消防安全告知承諾的一些思考
        一道優(yōu)化題的幾何解法
        WJ-700無人機(jī)系統(tǒng)
        ZC系列無人機(jī)遙感系統(tǒng)
        北京測繪(2020年12期)2020-12-29 01:33:58
        亚洲图区欧美| 国产丝袜美女| 怡红院a∨人人爰人人爽| 精品午夜久久网成年网| 亚洲视频不卡免费在线| 加勒比精品视频在线播放| 国产午夜福利在线观看红一片| 欧美日韩精品一区二区在线观看| 亚洲色图综合免费视频| 日韩人妻一区二区中文字幕| 日本污ww视频网站| 最近中文字幕mv在线资源| 国产成人精品免费视频大全| 日韩亚洲在线观看视频| 国产av无码国产av毛片| 免费人成年小说在线观看| 日日躁欧美老妇| 在线国人免费视频播放| 超碰cao已满18进入离开官网 | 日本人妻av在线观看| 国产精品高清视亚洲乱码| 免费无码一区二区三区蜜桃| 四虎精品影视| 人妻少妇偷人精品久久人妻 | 亚洲av手机在线一区| 中文字幕亚洲综合久久| 欧美不卡视频一区发布| 国产360激情盗摄一区在线观看 | 国产在线天堂av| 谷原希美中文字幕在线| 亚洲 卡通 欧美 制服 中文| 国产亚洲欧美在线| 伊人久久综合狼伊人久久| 成人丝袜激情一区二区| 久久精品国产亚洲av忘忧草18| 无码中文字幕久久久久久| 99在线视频这里只有精品伊人| 国产精品毛片完整版视频| 91精品国产色综合久久不卡蜜| 亚洲一二三四五中文字幕| 国产精品99无码一区二区|