基于广义加权形态滤波理论的混合电力滤波器谐波电流检测方法
【专利摘要】本发明提出了基于广义加权形态滤波理论的混合电力滤波器谐波电流检测方法：第一步，选择主从结构元素；第二步，构建主从开-闭、闭-开迭代形态滤波器；第三步，将与基波正序电压正弦值的乘积和与基波正序电压余弦值的乘积相加，可得基波正序电流直流分量；第四步，将第三步所得的基波正序电流直流分量经过dq坐标反变换和坐标反变换后得出基波正序电流信号，再与输入信号进行相减得出谐波电流信号。该方法能准确检测谐波电流，通过广义加权形态滤波环节取代传统低通滤波器，实现最小误差补偿。仿真和实验结果表明，该方法具有检测精度高和补偿效果好等特点。
【专利说明】基于广义加权形态滤波理论的混合电力滤波器谐波电流检测方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种电力滤波器谐波电流检测方法，特别是一种基于广义加权形态滤波理论的混合电力滤波器谐波电流检测方法。
技术背景
[0003]由于现代电力电子技术的高速发展，以及大量非线性电气设备的投入使用，使电网中出现大量电压、电流等电能质量问题，同时，随着分布式发电等大量间歇性和随机性很强的新能源在电网中渗透程度的不断提高，电网的运行稳定性将受到极大的冲击，电能质量污染显著加剧，近年来特高压电网的发展对电能质量也提出了严格要求。在众多电能质量调节装置中，混合有源电力滤波器(hybrid active power filter,简称为HAPF)由于其突出的优势得到广泛的应用，而其关键技术之一就是对补偿量进行实时、准确的检测。[0004]检测方法的选择以及滤波器性能的好坏对检测效果起着至关重要的作用。2012年第49卷第4期的《电测与仪表》中《基于瞬时无功功率理论的新型谐波检测算法》一文提出了将谐波检测环节中锁相环的鉴相部分与Park变换相结合的新型谐波检测算法，该方法不使用电压信息直接提取谐波，降低了谐波提取环节的运算量，可快速、准确地检测出谐波；2011年第48卷第2期的《电测与仪表》中《小波包变换和广义形态滤波器在局部放电检测中的应用》一文提出了一种利用小波包变换和广义形态滤波器结合的新方法对含有强噪声的局部放电信号进行去噪处理，该方法能很好地保留原信号的特征，也能顺利的过渡到对其他信号的检测处理中；2003年第27卷第19期的《电力系统自动化》中《一种基于数学形态学的电能质量信号快速定位方法》一文直接对信号进行数学形态学运算，并借鉴小波软阈值算法的消噪方法构建了扰动信号检测方法，该方法计算简单，易于硬件实现，但较难实现合适的阈值，有检测失效的可能性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于广义加权形态滤波理论的混合电力滤波器谐波电流检测方法。该方法能准确检测谐波电流，通过广义加权形态滤波环节取代传统低通滤波器，实现最小误差补偿。仿真和实验结果表明，该方法具有预测精度高和补偿效果好等特点。其原理与基本步骤为:
第一步，选择主从结构元素:采样频率为10kHz，首先选取55个采样点的直线型结构元素作为主结构元素；再选取64个采样点的余弦型结构元素作为一级从结构元素，以抑制主结构元素处理后波形中出现的非奇异点；二级从结构元素则选取5个半圆型结构采样点，半径介于其幅值的1/50-1/10之间，以抑制变化较快的噪声干扰；
第二步，构建主从开-闭、闭-开迭代形态滤波器:设/(?)为输入信号，为结构元素，它们是分别在定义域为P = …,辦和G =丨1么…,I#)上的离散函数，且有IJ之If;
那么，结合形态腐蚀、膨胀、开以及闭运算和第一步所选取的主从结构元素，可得主从开-闭、主从闭-开形态迭代滤波器的输出信号分别为:
EihKM = If
式中，G为主结构元素,gl、g纟分别为一级、二级从结构元素；
第三步，求基波正序电流直流分量:将&与基波正序电压正弦值的乘积和(η)与基波正序电压余弦值的乘积相加，可得基波正序电流直流分量:
Φ) = ι?π(--]ι^(ιι)+ GiS ⑷ F』n)
式中，f 为输出的直流分量，sin分别为基波正序电压的正、余弦信号；
第四步，将第三步所得的基波正序电流直流分量经过dq坐标反变换和坐标反变换后得出基波正序电流信号，再与输入信号进行相减得出谐波电流信号。
[0006]【专利附图】
【附图说明】
图1广 加权形态滤波原理框图
图2谐波电流检测框图
图3补偿前负载电流波形
图4补偿前A相频谱图
图5传统方法补偿后电流波形
图6传统方法补偿后A相频谱图
图7广义加权形态滤波方法补偿后负载电流
图8广义加权形态滤波方法补偿后A相频谱图
图9补偿前网侧电流实验波形
图10传统方法补偿后网侧电流实验波形
图11广义加权形态滤波方法补偿后网侧电流实验波形。
【具体实施方式】
[0007]广义加权形态滤波原理:
广义加权形态滤波原理与基本步骤为:
第一步，选择主从结构元素模型:采样频率为10kHz，首先选取55个采样点的直线型结构元素作为主结构元素；再选取64个采样点的余弦型结构元素作为一级从结构元素，以抑制主结构元素处理后波形中出现的非奇异点；二级从结构元素则选取5个半圆型结构采样点，半径介于其幅值的1/50-1/10之间，以抑制变化较快的噪声干扰；
第二步，构建主从开-闭、闭-开迭代形态滤波器:首先以数学形态学中的四种基本运算为基础，即腐蚀、膨胀、开以及闭运算。
[0008]设J{η)为输入信号，g(m)为结构元素，它们是分别定义在定义域为
F = {12,-1Mjm = {1,2,.丨,Ml上的离散函数，且有減。则用对进行腐蚀运算，可定义为:
【权利要求】
1.一种基于广义加权形态滤波理论的混合电力滤波器谐波电流检测方法，其特征在于它包括以下步骤: 第一步，选择主从结构元素:采样频率为10kHz，首先选取55个采样点的直线型结构元素作为主结构元素；再选取64个采样点的余弦型结构元素作为一级从结构元素，以抑制主结构元素处理后波形中出现的非奇异点；二级从结构元素则选取5个半圆型结构采样点，半径介于其幅值的1/50-1/10之间，以抑制变化较快的噪声干扰； 第二步，构建主从开-闭、闭-开迭代形态滤波器:设/(?)为输入信号，§^?)为结构元素，它们是分别在定义域为
【文档编号】G01R19/00GK103901255SQ201410162052
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】李圣清, 曾欢悦, 徐文祥, 栗伟周, 张彬, 徐天俊, 杨峻, 袁黎, 白建祥, 唐琪 申请人:湖南工业大学