一种新型谐波与无功电流检测方法

　　【摘要】在比较传统方法的基础上，从检测算法的基本原理出发，提出一种新型谐波无功电流检测方法，并运用PSIM是仿真软件进行验证表明这种基于负载基波有功电流幅值检测的补偿电流检测方法具有很高的稳态精度和动态响应速度。
　　关键词：检测方法；检测算法；仿真；PSIM
　　1引言
　　对有源电力滤波器而言，谐波检测算法是决定滤波性能优劣的关键。目前已有多种谐波检测方法，其中，基于瞬时无功功率理论的谐波无功电流检测方法是目前为止最为成熟的一个，就其控制算法而言，但是，很多检测法在电源电压畸变或三相不对称时，谐波的检测精度会受到影响，而有一些增加了系统的复杂程度，降低了可靠性。本文提出一种新型谐波无功电流检测方法。它从负载电流中分离出基波正序有功电流幅值五，然后乘以单位幅值的电压波形，得到基波正序有功电流的瞬时值，进而从负载电流中分离出谐波和无功电流分量。
　　2检测算法的基本原理
　　设电网三相电压、和正弦且三相对称。负载电流 、和表示为基波与谐波电流的分量和：
　　
　　
　　（式1）
　　如果三相负载不平衡，可将负载电流分解为正序、负序和零序分量。谐波电流可分解为正序、负序和零序，k次谐波电流可表示如下：
　　（式2）
　　式中，，，分别是次谐波正序、负序和零序分量的幅值，，，分别是次谐波正序、负序和零序的初始相位。
　　三相瞬时有功功率P包含一个直流分量和一系列交流分量，直流分量由基波正序分量构成，其值为：
　　（式3）
　　交流分量由基波负序分量和谐波分量构成，其中，最低频率为50Hz。因此，瞬时有功功率通过一个低通滤波器后，可以提取出基波正序有功功率。
　　负载电流的基波正序有功分量的幅值可由下式得到：
　　（式4）
　　通常情况下，电源电压的波形正弦度良好，可由下式求出三相电压的单位同步信号。如果电源电压存在畸变，则可先利用带通滤波器加以解决。
　　（式5）
　　于是，进一步得到三相负载电流的谐波与无功分量，负载电流与基波有功电流做差，即得到APF的补偿指令：
　　（式6）
　　按照上述算法，谐波与无功电流分量的检测原理图如图1所示。
　　                                          
　　图1谐波与无功电流分量的检测原理图
　　3检测算法仿真
　　3.1仿真模型
　　PSIM是专门用于电力电子系统的仿真软件。利用该软件可快速地对电力电子装置的模型进行准确、直观、高效的仿真。在仿真模型中，系统电源采用正弦波电压源，线电压幅值为，设非线性负载电流波形为方波。仿真模型如图2所示：
　　                                        
　　图2谐波检测与无功电流检测算法仿真电路
　　谐波检测算法的好坏，有两个关键的性能指标。一个是稳态的检测精度，另一个是谐波源负载变化时谐波检测的跟踪速度。为了检验这种谐波检测算法的性能，用PSIM软件对其稳态精度和动态响应速度进行仿真。
　　3.2谐波源负载时的检测特性
　　对谐波电流检测的仿真结果如图3所示，曲线反映了谐波检测的总体误差，其稳态相对误差不大于，动态响应时间小于8ms。
　　                                       
　　                                                                                图3谐波电流检测的仿真结果
　　3.3无功负载时的检测特性
　　对无功电流的检测仿真结果如图4所示，曲线反映了无功检测的总体误差，动态响应过程中的最大相对误差不超过1%。
　　                                              
　　                                                                     图4无功电流检测的仿真结果
　　3.4谐波与无功综合负载时的检测特性
　　谐波与无功电流的综合检测仿真结果如图5所示，曲线反映了谐波与无功电流检测的稳态误差和动态响应速度，其稳态相对误差不大于1%，动态响应速度小于8ms。
　　                               
　                                              　图5谐波与无功电流综合检测的仿真结果
　　4结论
　　补偿电流检测是有源电力滤波器实现的基础。本文提出了一种基于负载基波有功电流幅值检测的补偿电流检测方法，它可以在电网电压存在一定畸变的情况下，检测出包括基波无功电流和谐波电流在内的补偿电流分量。这种检测方法不需要锁相环和矩阵变换，减小了计算量，实现简单。仿真结果表明该检测方法具有很高的稳态精度和动态响应速度。
　　参考文献
　　[1]王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社，2002
　　[2]余健明，同向前.瞬时谐波电流检测方法的动静态特性分[J].电力电子技术，2009,(2):15-17