Spectral correction-based method for interharmonics analysis of power signals with fundamental frequency deviation

In this paper, a spectral correction-based algorithm for interharmonic computation is proposed for especially highly fluctuating fundamental frequency cases in the power system. It has been observed and reported that fluctuating demands of some loads such as arc furnaces, or disturbances and subsequent system transients make the fundamental frequency of the power system deviate and this causes non-existing interharmonics to appear in the spectrum due to grid-effect when a standard window length is used for the entire FFT process. The proposed method uses a synthetic waveform produced at the fundamental frequency and amplitude to determine the amount of the leakage due to the grid-effect at each frequency. Then the leakage is subtracted from the original FFT of the signal to correct the frequency spectrum. It has been shown that the leakage effect caused by the fundamental frequency variation is avoided with a correction algorithm applied after FFT and the error in the first interharmonic computation due to frequency deviation is reduced to zero exactly if the fundamental frequency can be determined accurately. Both simulative and field data tests have been performed. The method does not require online sampling frequency or FFT window length adjustment and it is simple to implement.     

基于阻抗归算的间谐波源识别及责任划分

电力电子装置等非线性设备会产生间谐波,对电网和用户产生危害。为此提出一种基于基波阻抗测量和归算的间谐波源识别方法,同时考虑不同频率间谐波对公共连接点电压引起闪变水平的差异性,引入权重系数量化系统侧和用户侧的责任。算例分析表明该方法可以准确地识别主问谐波源并能量化系统侧和用户侧的责任。     

Application of the Variational Mode Decomposition for Power Quality Analysis

Harmonics and interharmonics in power systems distort the grid voltage, deteriorate the quality and stability of the power grid. Therefore, rapid and accurate harmonic separation from the grid voltage is crucial to power system. In this article, a variational mode decomposition-based method is proposed to separate harmonics and interharmonics in the grid voltage. The method decomposes the voltage signal into fundamental, harmonic, interharmonic components through the frequency spectrum. An empirical mode decomposition (EMD) and an ensemble empirical mode decomposition (EEMD) can be combined with the independent component analysis (ICA) to analyze the harmonics and intherharmonics. By comparing EMD-ICA, EEMD-ICA methods, the proposed method has several advantages: (1) a higher correlation coefficient of all the components is found; (2) it requires much less time to accomplish signal separation; (3) amplitude, frequency, and phase angle are all retained by this method. The results obtained from both synthetic and real-life signals demonstrate the good performance of the proposed method.     

基于插值线性调频Z变换的间谐波分析方法

为获得准确的间谐波信号的频率分布估计值,文章提出了基于插值线性调频Z变换(chirp Z transform,CZT)的间谐波分析方法。该方法通过CZT变换获得精确的等价于离散傅里叶变换结果的间谐波信号的频率分布估计值,利用基于Rife-Vincent III窗的双谱线插值修正公式修正上述估计结果,得到了较精确的各次谐波和间谐波参数。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性,与现有方法的比较结果表明,相同采样频率下该方法的检测精度更高。     

基于宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法

宽频量测技术的快速发展为部分新能源发电并网节点的次/超同步振荡监测提供了有效手段,但是由于测量单元布点限制,难以获得全网的振荡传播和分布。为此,提出了一种基于新能源发电并网点宽频量测间谐波潮流计算的次/超同步振荡溯源方法。给出了次同步振荡频率下间谐波潮流算法的网络模型和元件模型,总结了间谐波潮流计算的详细步骤,通过间谐波潮流计算可得到各个节点的间谐波电压电流分布,进而获得全网次/超同步振荡传播路径。当新能源发电系统次同步振荡传播引发邻近火电机组轴系扭振时,存在扭振机组间谐波等效阻抗突变的特性,从而造成间谐波潮流分布发生变化,根据预想振荡状态下间谐波潮流计算结果与实际宽频量测结果间的不同,可用于新能源发电次同步振荡引发邻近火电机组轴系扭振的溯源定位。最后,基于四机两区域系统和IEEE 10机39节点系统算例验证了所提方法的有效性和准确性。     

间谐波导致的闪变特征及闪变限制曲线

电力系统中广泛使用的变频装置产生的间谐波导致了不容忽视的电能质量问题--电压闪变。依据白炽灯热平衡方程,对含间谐波电压作用下白炽灯输出光通量的时变波形进行了理论分析。研究表明,高、低频间谐波电压都可能造成白炽灯闪变,且间谐波幅值和频率、与间谐波最靠近的谐波次数及其奇偶性都是影响光通量波动频率和波动深度的因素。基于IEC闪变仪标准和光通量波动特征与电压间谐波分量参数的关系,提出了间谐波的闪变限制曲线。     

向无源网络供电的LCC-MMC混合直流输电系统控制策略

电网换相换流器和模块化多电平换流器(LCC-MMC)混合直流输电系统兼顾了两种换流器的技术优势和经济优势,具有较好的应用前景。无源网络装设容性滤波装置能够起到平滑交流电压波形、提供电压支撑等作用。首先通过理论推导,建立了含容性滤波装置的模块化多电平换流器数学模型,基于dq理论,提出了模块化多电平换流器的无源解耦控制策略。针对送端电网换相换流器侧交流故障可能导致的功率中断等问题,从电网换相换流器和模块化多电平换流器的控制机理出发,分析了故障阶段及故障后的系统响应特性,并进而提出了送端交流故障穿越附加控制策略。为验证上述控制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC内建立了一个LCC-MMC混合直流输电模型。通过受端电压频率变化和送端交流故障仿真,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

基于Sage-Husa卡尔曼滤波的三相电压暂降检测

针对三相三线制系统,提出一种检测三相电压暂降的新方法。通过瞬时对称分量法在αβ静止坐标系下建立离散检测模型,引入90°超前移相算子,解耦了暂降电压正序、负序分量的检测;采用Sage-Husa卡尔曼滤波算法实现移相算子,产生正交分量,同时表现出算法自身的滤波功能;引入欧氏空间距离定位故障发生及恢复时刻,并重置卡尔曼滤波器参数,加快检测响应速度。仿真结果表明,所述方法在响应速度和稳态精度方面具有优越性,证明了该方法的可行性和有效性。     

基波-谐波双通路并行感应耦合电能传输系统

为解决现有感应耦合电能传输(ICPT)系统主要利用逆变器输出方波中的基波分量进行电能传输所带来的输出调压范围不够宽、调压精度及系统效率不够高等问题,基于谐波的高频特性与能量特性,提出一种基波—谐波双通路并行ICPT系统,通过在逆变器输出之后建立基波能量通路与谐波能量通路,对逆变方波中的基波及谐波分量进行提取、利用,以拓宽系统的调压范围,同时提高了系统效率。首先,阐述了基波—谐波双通路并行ICPT系统的工作机理;接着,分析了系统关键参数对系统效率与选频特性的影响;然后,结合该系统基本思想,提出一种宽范围调压方法;最后,通过实验验证了基波—谐波双通路并行ICPT系统原理的正确性与调压方法的可行性。     

实现相位和频率检测解耦的快速锁相环

同步旋转坐标锁相环(SRF-PLL)及其改进型锁相环的相位与频率紧密耦合,电压相位发生突变而频率不变的情况下,检测得到的频率会经历一个暂态过程,导致频率检测的不准确。为此,在准一阶锁相环(QT1-PLL)结构基础上,增设解耦单元,提出改进型准一阶锁相环(MT1-PLL),实现相位与频率检测的解耦。为提高MT1-PLL对不对称、谐波等的抗干扰能力,将级联延迟信号消除法(CDSC)滤波与数学运算滤波结合成前置滤波模块,提取基波正序电压。该前置滤波模块能够滤除2次谐波,且整个滤波过程耗时仅为0.635个周期。同时,考虑了电网频率偏移、信号采样频率的影响,采用误差前馈的方法补偿它们在滤波模块造成的相位误差。最后,在PSCAD/EMTDC中设置各种工况,仿真验证了MT1-PLL、滤波模块以及相位误差消除方法的有效性。     

非稳态下电力谐波分析的改进FFT方法

频率偏差以及间谐波等的存在制约了非稳态下电力谐波分析的准确度,而传统FFT算法容易受到频谱泄漏和栅栏效应的影响.分析了余弦函数窗频谱特性,并提出基于余弦偶次幂窗改进FFT的非稳态谐波分析方法.在改进的FFT方法中运用最小二乘拟合法推导信号基波与各次谐波的频率、幅值和相位计算修正公式.仿真结果表明:提出的方法能有效减小基波频率波动以及间谐波的影响、提高谐波参数的计算准确度,适合于非稳态条件下的谐波分析.嵌入式系统应用验证了算法的正确性.     

（2期下）基于改进型软件锁相环的正负序分量分离新方法研究

针对电网不平衡时传统正负序分离方法通用性不佳的缺点,提出了一种基于改进型软件锁相环的正负序分量分离的新方法,它利用二阶广义积分器较好的高次滤波效果、正负序级联的DSC谐波消除特性,通过αβ变换和dq变换,再利用软件锁相环原理来锁定电网的频率,并反馈给二阶广义积分器和正负序级联的DSC,从而分离出电网的正负序分量。由于本方法在电网电压平衡、不平衡以及电网电压频率变化等电网所有可能发生的故障情况下,都可以快速而准确的分离电网的正负序的基波分量,从而可为电力电子变流器的控制系统提供可靠的控制信号。最后MATLAB/Simulink软件仿真结果证明了所提出方法的可行性和有效性。     

1100 kV GIS隔离开关分合容性小电流试验中的暂态电压测量

GIS隔离开关分合容性电流过程持续时间长,同时产生高幅值、大陡度、高频率的过电压。采用新研制的光纤式电压测量系统,对1 100 kV GIS隔离开关分合小电容电流试验中的暂态电压进行测量,得到了分合过程中负载电容上"台阶"状电压波形,同时采用EMTP仿真软件对电压波形进行相应的仿真研究,得到了负载上电压的幅值、频率、波形等相应特性。而且试验和仿真结果一致。证明该测量系统可以用于特高压隔离开关分合容性电流用暂态电压的测量。     

基于FFT和HHT的Kaiser窗校正的风力发电机组电压闪变测量

由于电压闪变是非平稳信号,根据IEC闪变仪规范设计的闪变仪,在实际应用中无法直接进行频谱分析。提出了基于快速傅里叶变换(FFT)和希尔伯特黄变换(HHT)的Kaiser窗校正的风力发电机组电压闪变测量方法。分析了Kaiser窗的旁瓣特性和HHT的原理,通过Kaiser窗减少频谱泄露,利用FFT进行滤波,最后用HHT得到闪变包络。仿真实验结果表明,提出的算法可以测量出闪变发生的时间,并能有效克服单频闪变包络频率变化、多频率成分闪变包络频率变化、电网基波频率波动、谐波、间谐波及白噪声对检测结果的影响,其测量结果不仅稳定而且误差较小,还可以得到闪变发生的起止时间。实验进一步证明了该算法的有效性。     

并联有源电力滤波器的自适应重复控制

在现有电力有源滤波器重复控制方法的基础上,提出了自适应负载谐波电流数字检测方法和重复控制自适应信号发生器。基于瞬时无功功率理论,在d-q坐标系中实现谐波电流的数字检测算法,并引入自适应的每基波周期采样点数kmax消除电网电压频率变化的影响。采用比例控制与重复控制并联用于输出波形控制。实验结果证明了这种自适应的谐波电流检测和数字重复控制方式的有效性。     

基于改进型二阶广义积分器的同步信号检测

为了满足三相电压在不对称、直流分量及谐波畸变等情况下并网变换器的控制需求,需要准确地检测出电压信号的正序分量、幅值和基波频率。基于双二阶广义积分器锁频环的方法可实现电压在不对称和畸变下同步信号的提取。但当电压信号含有直流分量和多次谐波时,基本的SOGI结构滤波效果不理想,追踪的波形波动比较大,并降低了追踪速度。文中介绍一种改进的SOGI结构,该结构在SOGI的基础上增加求差节点和自适应滤波器,并保留SOGI-FLL的优势。电压的幅值和基波频率能准确快速被检测出来,很好的减小频率跳变后的波动、滤除谐波和消除直流分量。MATLAB仿真结果表明,其改进方法在电压信号不对称、直流分量及多次谐波存在条件下准确地检测出正序分量和基波频率。     

基于多项式逼近的单峰谱线插值算法在间谐波分析中的应用

快速傅里叶变换在非同步采样和非整数周期截断的情况下存在较大误差,无法获得较精确的间谐波参数值。现有单峰谱线插值算法可以提高间谐波频率、相位和幅值的计算精度,但修正公式计算复杂,影响检测精度。为此,文章提出了一种基于多项式逼近的单峰谱线插值算法,利用距间谐波频点最近的单根离散频谱幅值估计出待求间谐波的幅值,并利用多项式逼近方法推导出幅值、频率及相位的修正公式,基于该方法,推导了一些常用窗函数的修正公式。通过与现有单峰和双峰谱线插值算法在噪声情况下的仿真比较,证明了该方法易于实现,能有效减小估计偏差,提高数据检测精度。     

基于基波磁通补偿的串联混合型APF滤波特性分析

在基于基波磁通补偿的串联混合型有源电力滤波器(APF)中,由脉宽调制逆变器实现了一个受控基波电流源.串联变压器一次侧的系统电源与系统阻抗、无源滤波器和非线性负载共同作用,使串联变压器二次侧端口呈现一个谐波干扰电压,导致逆变器输出电流中含有一定谐波,影响了滤波器的滤波效果.文中以脉宽调制逆变器为核心,建立了滤波器的数学模型,并对其滤波特性进行了分析.提出了改善其滤波效果的3项有效措施,即适当增大逆变器输出滤波电感、合理选择串联变压器原副方变比、采用电压前馈控制技术.设计了一套基于数字控制的10 kVA APF样机,实验结果证明了原理分析的正确性.     

A novel adaptive flicker measurement technique

An adaptive measurement method is presented for the estimation of interharmonic components causing light flicker. The method provides an alternative technique for the estimation of sinusoidal components of unknown frequency, where well-known methods of processing of stationary signals such as the DFT-based techniques may fail. The proposed technique is based on a recently developed sinusoid-tracking algorithm that is capable of tracking time-variations of the parameters of a nonstationary signal such as its frequency and amplitude. The preliminary stages of demodulation and bandpass filtering combined with dynamic adjustment of the parameters of the sinusoid-tracking algorithm allow for effective estimation of the components that may cause light flicker. The structure of the proposed flicker measurement technique is composed of two parallel branches, each finding the amplitude and frequency of an interharmonic component. Presented computer simulations demonstrate its performance while laboratory experiments verify its in situ functionality. Given the low complexity of the proposed technique, it is well-suited for real-time applications.     

基于Prony谱线估计方法的间谐波检测

传统的谐波分析方法都是基于傅立叶变换,认为只有谐波周期均为基波周期的整数倍。然而,实际存在的间谐波周期与基波周期不成整数倍关系,要正确检测出间谐波,必须以间谐波与基波周期的最小公倍数作为检测周期,因此,FFT算法无法在较短的时间内精确检测到信号中的谐波和间谐波成分。将Prony谱线估计方法应用到间谐波检测中,推导出间谐波频率、幅值和相位的计算公式。仿真验证了该算法要优于FFT算法,对间谐波和谐波的幅值、频率和相位的估计具有很高的精度。