諧波及無功電流檢測方法對比分析

1、諧波及無功電流檢測方法對比分析0引言APF補償電流的檢測不同于電力系統(tǒng)中的諧波測量。它不須分解出各次諧波分量，而只須檢測出除基波和有功電流之外的總的高次諧波和無功畸變電流。難點在于準確、實時地檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流，為有源電力濾波器控制系統(tǒng)進行精確補償提供電流參考，這是決定APF性能的關鍵。目前文獻已報道運行的三相APF中所使用的幾種諧波電流檢測方法，除了各自存在的難以克服的缺陷外，共同存在的問題是，由于是開環(huán)檢測系統(tǒng)，故對元件0 引言 APF補償電流的檢測不同于電力系統(tǒng)中的諧波測量。它不須分解出各次諧波分量，而只須檢測出除基波和有功電流之外的總的高次諧波和無功畸變電流。難點在于準確、

2、實時地檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流，為有源電力濾波器控制系統(tǒng)進行精確補償提供電流參考，這是決定APF性能的關鍵。目前文獻已報道運行的三相APF中所使用的幾種諧波電流檢測方法，除了各自存在的難以克服的缺陷外，共同存在的問題是，由于是開環(huán)檢測系統(tǒng)，故對元件參數(shù)和系統(tǒng)的工作狀況變化依賴性都比較大，且都易受電網(wǎng)電壓畸變的影響。對單相電路的諧波和無功電流的檢測還存在實時性較差的缺點。 本文對目前有源電力濾波器中應用的畸變電流檢測與控制方法進行了分析比較，在此基礎上，針對APF中只須檢測總的畸變電流，反向后注入系統(tǒng)，以抵消或補償系統(tǒng)中畸變電流，使電網(wǎng)僅提供基波有功電流這一工作特點，從保證APF能最有效地

3、工作出發(fā)，綜合瞬時無功功率理論檢測法的快速性和閉環(huán)電路的魯棒性，提出了基于瞬時無功功率理論的閉環(huán)檢測方案。從諧波及無功電流開環(huán)、閉環(huán)檢測電路抽象出檢測電路的本質（本文稱為統(tǒng)一模型），在此基礎上，給出了檢測電路的優(yōu)化設計方案，研究了檢測系統(tǒng)中等效低通濾波器的階數(shù)與截止頻率對檢測精度與快速性的影響，推導了統(tǒng)一模型下閉環(huán)檢測電路的實現(xiàn)。最后，通過實驗加以驗證。1 基波幅值檢測原理 設單相電路中的電源電壓為us=Usint（1） 非線性負荷電流為iL(t)=if(t)ih(t)=ifp(t)ifq(t)ih(t)=ifp(t)ic(t)（2）式中：if(t)為iL(t)的基波電流；ih(t)為iL(t

4、)中高次諧波電流；ifp(t)，ifq(t)分別為基波電流的有功分量和無功分量；ic(t)為要補償?shù)闹C波和無功電流之和，稱為畸變電流。 因為，負荷電流中的基波有功分量必定是一個初相角與電網(wǎng)電壓相同，角頻率為基波角頻率的正弦波，所以，我們可以設負荷電流的基波有功分量為ifp(t)=Asint（3） 若能求出A的大小，則可由式（3）得出基波有功電流的表達式。為求出A的大小，先對非線性負荷電流進行傅立葉分解，有iL(t)=Ansin(ntφn)=A1sin(t1)Amsin(mtm) =A1cos1sintA1sin1costAmsin(mtm)（4）式中：m，n均為整數(shù)；Am，m，An，n

5、為各次電流的幅值和初相角。 從式（4）可以看出負荷電流的基波有功分量幅值為A1cos1，為分離此值對式(4)左右兩邊同乘以sint，得到iL(t)sint=Ansin(ntn)sint=A1cos1sin2tA1sin1costsintAmsin(mtm)sint=A1cos1A1cos1sin A1sin1cos2tAmcos(m1)tmcos(m1)tm（5） 從式(5)可以看出，我們已得出了負荷電流中基波有功分量幅值的一半值，也就是式中的A1cos1，我們再把此值擴大2倍，即得出電流基波有功分量幅值，也就得出了基波有功電流ifp(t)=A1cos1sint。因此，畸變電流為ic(t)=i

6、L(t)ifp(t)=iL(t)A1cos1sint（6） 這樣，即可實時檢測出畸變電流的大小。 圖1為根據(jù)以上分析所得出的電路設計的原理圖。該圖中ea為電源相電壓，sint可通過正弦信號發(fā)生電路得到。PLL為鎖相環(huán)，它的作用是鎖定電壓信號，以讓正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個與電網(wǎng)電壓同頻同相的正弦波。LPF為一低通濾波器，用來濾掉基波以外的其它高次諧波。從該原理圖也可以看到，由于整個系統(tǒng)是開環(huán)系統(tǒng)，所以，不存在系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。需要指出的是該方法可以方便地用于單相電路中的檢測。圖1 電網(wǎng)電流基波幅值檢測原理圖2 基于ANN理論自適應檢測諧波電流的原理 自適應噪聲抵消法可以把信號s(t)和加性噪聲n(t)分離開來，原理如圖2所示。系統(tǒng)的輸入信號包括原始輸入s(t)n(t)和參考輸入n(t)。參考輸入n(t)經(jīng)自適應濾波器調整后的輸出為v(t)。s(t)和n(t)不相關，和n(t)也不相關，但是n(t)和n(t)具有相關性。當v(t)在最小均方誤差意義下最接近主通道噪聲n(t)時，n(t)得到了最佳抑制。此時，系統(tǒng)輸出z(t)在最小均方誤差意義下也最接近信號s(t)，從而把信號s(t)檢測出來