基于希尔伯特—黄变换的有源电力滤波器谐波检测及仿真

论文摘要

随着电力电子技术的飞速发展,各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛,加剧了对电网的污染,产生了大量的谐波。谐波所造成的危害日趋严重,由谐波引起的电能质量问题也越来越受到重视。本文以并联型单相有源电力滤波器为研究对象,分析了影响其性能的关键环节——谐波电流检测,实时、准确地检测出瞬时变化的谐波电流是有源电力滤波器进行精确补偿的前提。首先讨论了电力系统谐波电流的几种检测方法,对基于小波的谐波检测法和基于瞬时无功功率理论的检测法进行了理论分析和仿真研究。结果表明,基于小波的谐波检测法由于其基函数的选择问题而不适合于有源电力滤波器的谐波检测；基于瞬时无功功率理论的检测法由于低通滤波器的存在造成有源电力滤波器动态响应慢。在深入研究了希尔伯特-黄变换（HHT）理论的基础上,提出把HHT应用于有源电力滤波器的谐波电流检测。该方法首先对电网电流进行经验模式分解（EMD）,得到一组固有模态函数（IMFs）,由于EMD分解的完备性,不同的IMF代表了不同的频率分量,即得到基波和各次谐波IMF分量,再经过希尔伯特变换,得到各个IMF分量的幅值、相位及频率,从而完成谐波的检测。在经验模式分解中,采用三次样条插值求包络曲线。针对希尔伯特-黄变换的端点效应问题,应用基于极值镜像的延拓法避免镜像闭合延拓法数据庞大的缺点,减轻端点效应的影响。仿真结果表明,基于HHT的谐波检测方法,不仅能有效地将电力系统谐波自适应地分离出来,检测精度高,而且对于有源滤波器的谐波检测具有较高的实时性。最后用Matlab中的Simulink工具对有源电力滤波器的各个关键部分进行了建模。仿真结果表明,基于希尔伯特-黄变换的谐波检测法不仅是可行的,而且具有更好的动态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 谐波及其危害
• 1.2 谐波治理措施
• 1.2.1 无源电力滤波器
• 1.2.2 有源电力滤波器
• 1.3 有源电力滤波器国内外发展现状
• 1.3.1 国外情况
• 1.3.2 国内发展情况
• 1.4 有源电力滤波器的发展趋势
• 1.5 本论文的主要工作
• 2 有源电力滤波器
• 2.1 有源电力滤波器的基本原理
• 2.2 谐波电流检测方法
• 2.3 有源滤波器的控制方法
• 2.3.1 滞环比较方式
• 2.3.2 三角载波控制方式
• 2.3.3 电压控制法
• 2.4 有源电力滤波器的分类
• 2.5 本章小结
• 3 基于小波变换和瞬时无功功率理论的谐波电流检测
• 3.1 小波变换法
• 3.1.1 小波起源及其理论
• 3.1.2 Mallat算法
• 3.1.3 基于小波分析的有源电力滤波器谐波检测
• 3.2 基于瞬时无功功率理论的检测法
• 3.2.1 瞬时无功功率理论
• 3.2.2 基于瞬时无功功率理论的有源滤波器检测法原理
• 3.3 本章小结
• 4 基于希尔伯特-黄变换（HHT）的有源电力滤波器谐波检测
• 4.1 HHT概述
• 4.2 瞬时频率
• 4.3 固有模态函数（IMF）
• 4.4 HHT变换
• 4.4.1 经验模式分解步骤
• 4.4.2 筛选过程中的分量终止条件和分解终止条件
• 4.4.3 曲线拟合及端点效应
• 4.5 基于HHT的有源电力滤波器谐波检测
• 4.6 本章小结
• 5 有源电力滤波器的建模及仿真
• 5.1 仿真软件MATLAB/SIMULINK及电力模块库（PSB）
• 5.2 有源电力滤波器的仿真研究
• 5.2.1 主电路模型及参数
• 5.2.2 谐波检测模型
• 5.2.3 滞环控制环节模型
• 5.2.4 谐波源模型及其参数
• 5.2.5 仿真分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在校期间发表的论文