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LMS 自适应滤波器在电力系统中的应用 摘 要：本文提出了一种应用于电力有源滤波器（APF）上的基于LMS 自适应滤波器的电 流预测方法。该电流预测模块主要由LMS 算法模块和FIR 滤波器组成,可以很好的提前预测 谐波电流，从而提高系统的实时性，改善有源滤波器的滤波效果。此外，本文还提出了基于 FPGA 的硬件实现构想，并给出了各个模块的实现方法，并重点介绍了FIR 滤波器的编程实现。 关键词：APF，LMS 自适应滤波器，谐波预测 Abstract：This paper presents a current predicting method of active power filer base on LMS adaptive filter. Thiscurrent predicting module is made of LMS arithmetic module and FIR filter module. This module canpredict the harmonic current effectively, enhance the performance of the real-time and improve theeffect of the active power system. Furthermore ,this paper also presents a hardware realize scheme baseon FPGA and expatiate the realize method of two modules. Keywords: APF, LMS Adaptive filter, harmonic prediction 1. 引言 电网的谐波问题由来已久，但由于近年来电力电子技术的飞速发展，大量非线性设备和微电子装置得到大量应用。这些设备在产生大量高次谐波的同时，又要求供给的电流和电压 是非常平滑的正弦波。在这种情况下，电力有源滤波器（APF）作为抑制电网谐波的一种有 效手段得到了广泛应用。其基本原理是向电网中注入一个与负荷大小相等、方向相反的参考 电流，从而达到消除负荷谐波电流对电网污染的目的。现在的大多数有源滤波器因为在谐波 电流检测环节应用到数字带通滤波法和瞬时功率法，将不可避免的出现延时，这样参考电流 的实时性就无法得到保证。本文提出了一种将自适应有源滤波器应用于电力有源滤波器的方法，可以预测后一个采样周期的滞环比较环节的控制电流，从而补偿了电流检测环节引起的延时，经过预测的控制电流注入滞环比较环节，控制APF 的功率开关，产生实时的参考电流。本文最后还在MATLAB 平台上进行了仿真，验证了这种方法的正确性和有效性。 2. APF 结构和基本原理 图 1 基于LMS 自适应滤波器的APF 原理图 Fig1 Schematic of APF base on LMS adaptive filter APF（有源滤波器）的基本结构如图1所示，主要由谐波检测模块、滞环比较模块、电压型逆变桥组成。本文还加了一个LMS 电流预测模块。其基本原理是，负载电流L i 经谐波检测模块后，分离出基波S i 外的谐波电流C i 。其中iC = iL ? iS 。C i 经LMS 预测模块产生提前C i 一个周期的参考电流f i 。此参考电流经过滞环比较模块和逆变模块产生一个补偿电流f i ，补偿电流同参考电流大小相等，方向相反，既if = ?if 。补偿电流f i 注入系统后，使得负载电流中去除了谐波分量，只剩基波分量，即从系统端看来，负荷输出电流为一基波正弦波。 3. 自适应 LMS 滤波器 3.1 基本理论 自适应滤波器可以利用前一时刻获得的权值等参数，不断的更新现时刻的权值参数，以 达到自适应的目的。同时可以利用前几个时刻的输入来预测下一时刻的参考值。本文中自适应算法采用应用广泛的最小均方算法 LMS 来实现，具有计算量小、算法简单、动态跟踪性能好等优点。图2是LMS 自适应预测算法的结构框图。 图 2中： I (n ) = ??i (n ), i (n ?1),Ki (n ? N + 1)?? 为输入数据序列，N 是滤波器阶数，阶数选取 的越大，则此预测器精度越高。Y (n )为期望输出，则有： 式中，是滤波器权系数。e(n)是期望输出与预测输出值的误差，因为本文中模型为预测输入信号，所以： e(n) = I (n) ?Y (n) （2） 计算e(n)是为了方便利用LMS 算法时时更新权系数，以达到准确预测控制电流的目 的。最小均方（LMS）算法是由Widrow 和Hof 在1959 年提出的，因为此算法简单而且易 于实现，一