矿井提升机电机谐波及无功电流的一种新的检测方法探究

刘伦飞 张国环 胥 良

矿井提升机电机谐波及无功电流的一种新的检测方法探究

刘伦飞 张国环 胥 良

随着煤矿生产规模不断地扩大，提升机电机功率越来越大，其谐波和无功危害日益严重。抑制谐波和无功补偿效果好，必须解决谐波检测电路的实时性、精度高、误差小等问题，拟针对上述问题，提出一种将自适应噪声对消技术用于电机谐波和无功电流检测的新方法。通过计算机仿真实验，很好地解决了检测电路的实时性、精度和误差等问题。

提升机；自适应；有源电力滤波器；检测电路

为了满足矿井规模和产量的不断扩大，矿井提升机的功率越来越大，单机功率都在1000kW以上。提升机工作时，经常处在频繁启动和轻载运行，这样造成谐波电流较大、功率因数较低，严重危害电网质量和其他设备的安全运行。利用传统的无源LC滤波器和一些无功补偿装置，由于受自身能力的限制，已不能满足现代电力系统发展的需要。随着电力电子技术和控制理论的发展，出现了有源电力滤波器(APF)，它对电网阻抗和谐波频率有较好适应能力，且不会产生谐波放大和过载，被广泛应用。

有源电力滤波器的基本原理是实时检测电网谐波和无功电流，然后产生与之大小相等、相位相反的电流，进行实时补偿，使电网电流成为与电压同相位的正弦波，从而达到抑制谐波、补偿无功的目的[1]。有源电力滤波器补偿电流大小、方向、相位及精度很大程度取决于谐波的检测电路。如果检测电路具有实时性好、精度高、误差小等优点，有源电力滤波器的补偿就会较好。否则，有源电力滤波器补偿电流要么大于谐波电流，出现过补偿，从而成为又一谐波源；要么小于谐波电流，出现欠补偿。谐波检测对有源电力滤波器补偿起很大的决定性作用，如果要求有源电力滤波器的补偿效果好，必须使谐波检测电路具有实时性好、精度高、误差小等优点，实时性和连续性均有赖于无功电流的检测的实时性和精度，所以有必要深入研究谐波测量电路[2]。

一 基于自适应干扰对消原理的谐波检测方法

自适应干扰对消理论技术是近年来得到广泛使用的信号处理技术。由于它能够通过不断的自我学习和自我调整使系统处于最佳状态，所以在不同的领域得到应用。

自适应干扰对消原理是：系统有两个输入端——原始输入和参考输入端(原理图参见图1)。系统的原始输入是信号S和加性噪声N0，S和N0不相关。系统的参考输入端是噪声N1与N0相关但与S不相关。原始输入信号(S+N0)与自适应滤波器的输出信号Y相减得到系统输出Z，也就是误差信号e。由e对自适应滤波器的参数进行调节，使其输出Y逼近N0，从而使系统输出Z逼近信号S，使干扰噪声得到抵消。

图1 自适应噪声对消器原理

该技术应用在矿井提升机谐波和无功电流实时检测中，对于三相交流正弦电路，以A相为例[B、C两相的情况，以此类推，但参考输入分别为sin(ωt-120°)和sin(ωt+120°)]。假设相电压(在电压畸变情况下，取其基波分量)是：

uSA(t)=Umsinωt

(1)

流进非线性负载的该相周期性非正弦交流电流可用傅立叶级数展开为：

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

(2)

式中：iA1p(t)—A相基波有功电流，iA1q(t)—A相基波无功电流，iAh(t)—A相高次谐波电流，iAF(t)—A相待检测的谐波和无功电流。

根据有功电流定义可知，iA1p(t)与uSA(t)同相位的是彼此相关的，而iAF(t)与是不相关的。应用自适应噪声对消原理，将iAL(t)作为原始输入，而sinωt作为参考输入，则系统输出Z将最终逼近待检测的谐波和无功电流iAF(t)。

图1中的自适应滤波器用神经网络来实现[2]，其中神经网络采用单输入的自适应线性元件(Adaline)，其权值为WA为模拟量，在区间[-1,1]之间取随机值，阈值为零，学习率先选h=0.11，以后再根据实验结果进行调整，惯性系数为a=0.1，从而使其结构比较简单，而且具有自学习、自适应能力。

二 计算机仿真研究

在仿真研究中，ω=2πf,f=50Hz。负载电流iALt为频率等于f，幅值±1的方波，其滞后sinωt相位30°，为了观察系统的跟踪检测情况，iAL(t)由第四个周期起，幅值从±1跃变为±2，系统结构和神经网络的训练参数保持不变。仿真结果如图2、3所示。从图中可以看出，基于神经网络的谐波和无功电流检测系统的输出和理论计算值吻合得较好，波形相同且没有时延；而且能够快速跟踪负载电流的变化，符合电力系统运行的实际情况；在检测初始阶段和负载电流变化时，大约经过半个周期的迭代就可以和理论计算值吻合，有较高的检测精度。

图2 A相基波有功电流波形1-理论计算波形；2-计算机仿真波形

三 结论

由前面论述的本方法的检测原理可知，和一些传统的检测方法相比，此方法适用于电压波形有畸变的情况并能对变化的负载电流进行跟踪检测，更符合电力系统的实际情况，仿真结果也表明该方法可以实时地、高精度地检测非线性负载电流中的谐波和无功电流，并能对变化的负载电流进行跟踪检测，可以用于矿井提升机谐波及无功电流检测；另外，此检测方法同时适用于三相和单相电路。

图3 A相谐波和无功电流波形1-理论计算波形；2-计算机仿真波形

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ClassNo.:TB97DocumentMark:A

(责任编辑：郑英玲)

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

刘伦飞，工程师，山东中烟公司滕州卷烟厂，山东·滕州。邮政编码：277500

张国环，辽宁经济职业技术学院，辽宁·沈阳。邮政编码：110112

胥良，黑龙江科技学院电气与信息工程学院，黑龙江·哈尔滨。邮政编码：150027

1672-6758(2011)03-0061-2

TB97

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