劉倫飛 張國環(huán) 胥 良

礦井提升機(jī)電機(jī)諧波及無功電流的一種新的檢測方法探究

劉倫飛 張國環(huán) 胥 良

隨著煤礦生產(chǎn)規(guī)模不斷地擴(kuò)大，提升機(jī)電機(jī)功率越來越大，其諧波和無功危害日益嚴(yán)重。抑制諧波和無功補(bǔ)償效果好，必須解決諧波檢測電路的實(shí)時性、精度高、誤差小等問題，擬針對上述問題，提出一種將自適應(yīng)噪聲對消技術(shù)用于電機(jī)諧波和無功電流檢測的新方法。通過計算機(jī)仿真實(shí)驗，很好地解決了檢測電路的實(shí)時性、精度和誤差等問題。

提升機(jī)；自適應(yīng)；有源電力濾波器；檢測電路

為了滿足礦井規(guī)模和產(chǎn)量的不斷擴(kuò)大，礦井提升機(jī)的功率越來越大，單機(jī)功率都在1000kW以上。提升機(jī)工作時，經(jīng)常處在頻繁啟動和輕載運(yùn)行，這樣造成諧波電流較大、功率因數(shù)較低，嚴(yán)重危害電網(wǎng)質(zhì)量和其他設(shè)備的安全運(yùn)行。利用傳統(tǒng)的無源LC濾波器和一些無功補(bǔ)償裝置，由于受自身能力的限制，已不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。隨著電力電子技術(shù)和控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了有源電力濾波器(APF)，它對電網(wǎng)阻抗和諧波頻率有較好適應(yīng)能力，且不會產(chǎn)生諧波放大和過載，被廣泛應(yīng)用。

有源電力濾波器的基本原理是實(shí)時檢測電網(wǎng)諧波和無功電流，然后產(chǎn)生與之大小相等、相位相反的電流，進(jìn)行實(shí)時補(bǔ)償，使電網(wǎng)電流成為與電壓同相位的正弦波，從而達(dá)到抑制諧波、補(bǔ)償無功的目的[1]。有源電力濾波器補(bǔ)償電流大小、方向、相位及精度很大程度取決于諧波的檢測電路。如果檢測電路具有實(shí)時性好、精度高、誤差小等優(yōu)點(diǎn)，有源電力濾波器的補(bǔ)償就會較好。否則，有源電力濾波器補(bǔ)償電流要么大于諧波電流，出現(xiàn)過補(bǔ)償，從而成為又一諧波源；要么小于諧波電流，出現(xiàn)欠補(bǔ)償。諧波檢測對有源電力濾波器補(bǔ)償起很大的決定性作用，如果要求有源電力濾波器的補(bǔ)償效果好，必須使諧波檢測電路具有實(shí)時性好、精度高、誤差小等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時性和連續(xù)性均有賴于無功電流的檢測的實(shí)時性和精度，所以有必要深入研究諧波測量電路[2]。

一 基于自適應(yīng)干擾對消原理的諧波檢測方法

自適應(yīng)干擾對消理論技術(shù)是近年來得到廣泛使用的信號處理技術(shù)。由于它能夠通過不斷的自我學(xué)習(xí)和自我調(diào)整使系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)，所以在不同的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

自適應(yīng)干擾對消原理是：系統(tǒng)有兩個輸入端——原始輸入和參考輸入端(原理圖參見圖1)。系統(tǒng)的原始輸入是信號S和加性噪聲N0，S和N0不相關(guān)。系統(tǒng)的參考輸入端是噪聲N1與N0相關(guān)但與S不相關(guān)。原始輸入信號(S+N0)與自適應(yīng)濾波器的輸出信號Y相減得到系統(tǒng)輸出Z，也就是誤差信號e。由e對自適應(yīng)濾波器的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其輸出Y逼近N0，從而使系統(tǒng)輸出Z逼近信號S，使干擾噪聲得到抵消。

圖1 自適應(yīng)噪聲對消器原理

該技術(shù)應(yīng)用在礦井提升機(jī)諧波和無功電流實(shí)時檢測中，對于三相交流正弦電路，以A相為例[B、C兩相的情況，以此類推，但參考輸入分別為sin(ωt-120°)和sin(ωt+120°)]。假設(shè)相電壓(在電壓畸變情況下，取其基波分量)是：

uSA(t)=Umsinωt

(1)

流進(jìn)非線性負(fù)載的該相周期性非正弦交流電流可用傅立葉級數(shù)展開為：

=iA1p(t)+iA1q(t)+iAh(t)=iA1p(t)+iAF(t)

(2)

式中：iA1p(t)—A相基波有功電流，iA1q(t)—A相基波無功電流，iAh(t)—A相高次諧波電流，iAF(t)—A相待檢測的諧波和無功電流。

根據(jù)有功電流定義可知，iA1p(t)與uSA(t)同相位的是彼此相關(guān)的，而iAF(t)與是不相關(guān)的。應(yīng)用自適應(yīng)噪聲對消原理，將iAL(t)作為原始輸入，而sinωt作為參考輸入，則系統(tǒng)輸出Z將最終逼近待檢測的諧波和無功電流iAF(t)。

圖1中的自適應(yīng)濾波器用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)[2]，其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用單輸入的自適應(yīng)線性元件(Adaline)，其權(quán)值為WA為模擬量，在區(qū)間[-1,1]之間取隨機(jī)值，閾值為零，學(xué)習(xí)率先選h=0.11，以后再根據(jù)實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，慣性系數(shù)為a=0.1，從而使其結(jié)構(gòu)比較簡單，而且具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力。

二 計算機(jī)仿真研究

在仿真研究中，ω=2πf,f=50Hz。負(fù)載電流iALt為頻率等于f，幅值±1的方波，其滯后sinωt相位30°，為了觀察系統(tǒng)的跟蹤檢測情況，iAL(t)由第四個周期起，幅值從±1躍變?yōu)椤?，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練參數(shù)保持不變。仿真結(jié)果如圖2、3所示。從圖中可以看出，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波和無功電流檢測系統(tǒng)的輸出和理論計算值吻合得較好，波形相同且沒有時延；而且能夠快速跟蹤負(fù)載電流的變化，符合電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況；在檢測初始階段和負(fù)載電流變化時，大約經(jīng)過半個周期的迭代就可以和理論計算值吻合，有較高的檢測精度。

圖2 A相基波有功電流波形1-理論計算波形；2-計算機(jī)仿真波形

三 結(jié)論

由前面論述的本方法的檢測原理可知，和一些傳統(tǒng)的檢測方法相比，此方法適用于電壓波形有畸變的情況并能對變化的負(fù)載電流進(jìn)行跟蹤檢測，更符合電力系統(tǒng)的實(shí)際情況，仿真結(jié)果也表明該方法可以實(shí)時地、高精度地檢測非線性負(fù)載電流中的諧波和無功電流，并能對變化的負(fù)載電流進(jìn)行跟蹤檢測，可以用于礦井提升機(jī)諧波及無功電流檢測；另外，此檢測方法同時適用于三相和單相電路。

圖3 A相諧波和無功電流波形1-理論計算波形；2-計算機(jī)仿真波形

[1] 王兆安，楊君，劉進(jìn)軍．諧波抑制和無功功率補(bǔ)償[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999：209-241．

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(責(zé)任編輯：鄭英玲)

ANewDetectingMethodonHarmonicandReactivePowerCurrentofMineHoisterMotor

Liu Lunfei Zhang Guohuan Xu Liang

With the increase of production capacity in coal mine, the power of mine hoister motor is steadily increasing, and the harm caused by harmonious and reactive power is growing .In order to acquire good results in harmonic suppression and reactive power compensation, the real-time and accuracy of harmonics detection circuit must be solved . A new self-adaptive noise countervailing method is used to detect the harmonious and reactive power current to deal with the problems such as real-time and accuracy .

mine hoister; self-adaptive; detection circuit

劉倫飛，工程師，山東中煙公司滕州卷煙廠，山東·滕州。郵政編碼：277500

張國環(huán)，遼寧經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧·沈陽。郵政編碼：110112

胥良，黑龍江科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，黑龍江·哈爾濱。郵政編碼：150027

1672-6758(2011)03-0061-2

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