基于HHT 的双PWM整流逆变谐波分析

陈小飞 陈 鹏

（1.国网浙江杭州市萧山区供电公司 浙江杭州 311202 2.杭州暖威电气有限公司 浙江杭州 310016）

基于HHT 的双PWM整流逆变谐波分析

陈小飞1陈 鹏2

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由于整流设备的应用，使电能质量受到严重的污染。针对双脉宽调制（PWM）控制的整流逆变的输出电压谐波信号，提出了基于希尔伯特-黄（HHT）变换方法的检测分析方法。在MATLAB的基础上，先对谐波信号进行经验模态分解（EMD），再对其进行希尔伯特变换（HT），分别得到本征模态函数（IMF）和输出电压的瞬时信号频率及幅值分布等参数信息来分析谐波信号。

双PWM；希尔伯特-黄变换；整流逆变；谐波分析

引言

经典的信号处理方法是傅里叶变换（FFT）和小波分析。与FFT与小波变换不同的是，HHT算法不用选取基函数，其具有很好的自适应性，能够得到瞬时频率和瞬时幅值，能够很好地反映信号频率与时间的关系。

1 HHT原理

EMD分解和HT变换：

EMD分解就是在复杂的信号中把IMF（固有模态函数）分离出来，此方法可以把原始信分解为：

对经过EMD方法分离出的IMF进行Hilbert变换，从而的到信号的瞬时频率和瞬时幅值。然后可以求得频率-时间-频谱的三维分布图，称为Hilbert频谱，在Hilbert频谱基础上通过积分可求得信号的边际谱：

2 整流逆变模型

在图1所示三相整流逆变的拓扑电路中，输出的信号用来调节正弦调制信号的幅值，再将此调制信号与载波信号进行比较生成PWM信号，来控制逆变电路开关器件的通断，完成对输出电压的控制。

为了使变换器运行稳定，电容C上的电压Vo必须保持恒定不变，因此对电压采用反馈闭环控制。三相电压型双PWM整流逆变的一种控制策略原理图如图2所示。

3 仿真结果与分析

本文在MATLAB/Simulink下构建了所提出的PET（电力电子变压器）系统仿真模型。以A相为例，在没有双PWM控制模块的情况下，仿真出来的三相电源经整流逆变后的A相电压波形如图3所示，波形中含有低次谐波，失真较为严重。

然后将图3的波形作为采样信号，调用仿真出来的波形数据，加载到已经编程好的HHT程序中，采样频率为2000Hz，采样时间均为0.25s，采样信号的频谱图如图4所示，可以判断采样信号的谐波数量与谐波频率。

图1 三相整流逆变电路拓扑结构

图2 控制电路结构图

由此可以看出，整流逆变电路通过在系统电路结构中添加了双PWM控制电路，重新仿真出来的A相逆变电压波形如图5所示。图中的波形几乎接近于平滑，有效减少了谐波的数量，提高了系统结构电能的质量。

4 结论

基于HHT双PWM整流逆变的谐波信号处理方法，将三相电源整流逆变后的非平稳的电能质量扰动信号，进行EMD分解，得到IMF，再对IMF进行HT变换，得到电压的瞬时信号频率及幅值分布等参数信息小，从而准确分析出采样信号中所包含的谐波，为其他电力电子设备的谐波分析提供了有力的支持。

图3 无双PWM控制电路的A相逆变电压波形

图4 采样信号HT后的时频谱图

图5 有双PWM控制电路的A相逆变电压波形

[1]李天云，赵妍，李楠，等.基于HHT的电能质量检测新方法[J].电机与控制学报，2005，25（17）：52～56.

[2]陈明德.基于HHT算法的电力系统谐波分析的研究[D].湖北工业大学，2014：1～81.

[3]李婉娉，李鹏，刘承佳，庄晓娜.基于HHT的微网中谐波与间谐波的检测与分析[J].电网技术，2012（4）：20～24.

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