基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有源電力濾波器應(yīng)用研究

一、電網(wǎng)諧波的傳統(tǒng)檢測(cè)方法

　　諧波檢測(cè)的傳統(tǒng)方法也有很多，其中重點(diǎn)在于對(duì)電流諧波的檢測(cè)。綜合來(lái)講，主要有以下幾種諧波檢測(cè)方法：

　　1）傅立葉分析方法：主要是對(duì)檢測(cè)到的電流電壓信號(hào)進(jìn)行傅立葉分析，分解出高次諧波的頻譜，最后計(jì)算出應(yīng)該加入的濾波裝置參數(shù);

　　2）小波分析方法：本質(zhì)上是傅立葉分析方法的一個(gè)擴(kuò)展，只不過(guò)在頻譜的提取上更有特點(diǎn)，計(jì)算方式與傅立葉方法類(lèi)似;

　　3）零序電流分析方法：通過(guò)檢測(cè)零序電流和瞬時(shí)無(wú)功功率來(lái)進(jìn)行諧波分析;

　　4）PI調(diào)節(jié)濾波器法：通過(guò)PI調(diào)節(jié)技術(shù)結(jié)合濾波技術(shù)，來(lái)檢測(cè)特定次的諧波含量;

　　5）等功率法：通過(guò)檢測(cè)直流側(cè)電容的平均電壓來(lái)判定電網(wǎng)諧波;

　　6）其它基于先進(jìn)控制理論的諧波檢測(cè)技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論等。

二、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　BP（Backpropagation）網(wǎng)絡(luò)是一種單向傳播的多層前向網(wǎng)絡(luò)，是一種利用誤差反向傳播訓(xùn)練算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。解決了多層網(wǎng)絡(luò)中隱含單元連接權(quán)的學(xué)習(xí)問(wèn)題。

　　對(duì)于系統(tǒng)的輸入M和輸出L，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可看成是從M維歐氏空間到L維歐氏空間的映射，這種映射的一大特點(diǎn)是高度的非線性，用途非常廣泛，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示其中包括：

　　1）數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)：圖像數(shù)據(jù)的壓縮存儲(chǔ)和圖像特征的抽取;

　　2）模式識(shí)別技術(shù)：用于信息的識(shí)別比如文字，語(yǔ)言等，特別適用于對(duì)特征的判斷;

　　3）函數(shù)逼近：用于復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的建模和控制，特別適合于強(qiáng)耦合和非線性的系統(tǒng)。

圖2.1BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　考慮用BP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)檢測(cè)諧波主要也是基于電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)諧波的特點(diǎn)而定的，電網(wǎng)里面的諧波次數(shù)很多，過(guò)去的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備就是一種并行的濾波式檢測(cè)裝置。這種裝置的原理方框圖如圖2.2所示，它的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性都還不錯(cuò)，但由于濾波器數(shù)量太多，造成整套裝置十分復(fù)雜，故障率和可靠性比較低，且無(wú)法根據(jù)需要進(jìn)行功能上的修改，適應(yīng)性較差。

圖2.2并行濾波式諧波檢測(cè)裝置方框圖

　　比較圖2.1和圖2.2，可以考慮用BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)代替圖2.2中的硬件電路，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)方法來(lái)加以代替?？梢詫?shí)際電網(wǎng)的輸入信號(hào)看成是待測(cè)量信號(hào)，進(jìn)行一系列的采樣和自我學(xué)習(xí)。BP網(wǎng)絡(luò)的輸出得出的是所要檢測(cè)的各次諧波電流信號(hào)的幅值，得到的這些電流信號(hào)是有源電力濾波器的補(bǔ)償電流發(fā)生電路所需要的指令電流信號(hào)的重要部分?；谶@種思想，可以考慮用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行的諧波電流的檢測(cè)，本文中，將做一下仿真研究。

三.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與電網(wǎng)諧波檢測(cè)

　　3.1電力系統(tǒng)諧波特點(diǎn)

　　在電力系統(tǒng)中，判斷諧波的大小有一個(gè)量化指標(biāo)，常用總諧波畸變率（THD）來(lái)度量電壓和電流的質(zhì)量。

　　（3.1）

　　上式中，Ah表示第h次諧波幅值;A1表示基波I1（t）幅值。

　　有源電力濾波器在本質(zhì)上就是通過(guò)降低電力系統(tǒng)中的總諧波畸變率，使電能質(zhì)量達(dá)到國(guó)家制定的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在電力系統(tǒng)中的諧波可以歸納出以下的這些特點(diǎn)：

　　1）奇次諧波是電網(wǎng)中諧波的主要成分，而且奇次諧波的幅值也不會(huì)超過(guò)基波幅值的70%,高次諧波的幅值都比較小，所以要重點(diǎn)考慮奇次諧波的濾波;

　　2）電力系統(tǒng)畸變電流中所含有的奇次諧波分量很多，但有幾種是嚴(yán)重影響電能質(zhì)量的，包括5次、7次、11次和13次諧波;

　　3）實(shí)際操作中，有源電力濾波器的檢測(cè)環(huán)節(jié)先檢測(cè)出這幾種諧波，然后控制補(bǔ)償和濾波電路進(jìn)行動(dòng)作，濾掉這幾種影響較大的諧波，從而顯著降低中的諧波含量，也就大幅度降低了電力系統(tǒng)的總諧波畸變率。