一種基于瞬時無功理論的改進型諧波檢測方法

王玉科(西部管道酒泉輸油氣分公司， 甘肅 酒泉 735000)

在電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展下，電力在人們?nèi)粘Ｉ畹膽?yīng)用越來越廣泛，然而同時因為諧波而產(chǎn)生的危害也越來越嚴重。諧波檢測是為抑制諧波而出現(xiàn)的電力電子裝置的重要環(huán)節(jié)，它對電力電子裝置中重要的設(shè)備有源電力濾波器的濾波效果有直接的影響，為了提高諧波檢測能夠滿足有源電力濾波器的需求，就必須對諧波檢測方法進行不斷的改進和創(chuàng)新。電流平均值法是一種改進型的檢測方法，該方法主要是利用Matlab仿真平臺，來實現(xiàn)改進的諧波電流檢測法的仿真研究，它打破了傳統(tǒng)的電流平均值濾波法只能用于檢測對稱三相電路基波電流的局限性，而且它還具有檢測原理簡單、準確，實用性也比較強[1]。

1 基于瞬時無功理論的諧波檢測方法

在瞬時無功理論的不斷改進中出現(xiàn)了一些具有代表性的理論方法，比如說ip-iq法、d-q法、p-q法等，這些方法最顯著的特點就是實現(xiàn)電路的結(jié)構(gòu)比較簡單，電路中出現(xiàn)的延時也比較少，其實時性也比較好。在文中主要是通過對ip-iq法中的濾波過程進行簡化，來實現(xiàn)對電流平均值法的改進[2]。

ip-iq法的檢測原理就是把三相瞬時無功理論作為檢測基礎(chǔ)，從計算瞬時無功功率 和瞬時有功電流 來完成濾波的檢測[3]。如圖(1)所示為ip-iq法檢測諧波的原理圖。

通過觀察圖(1)可以發(fā)現(xiàn)：通過鎖相環(huán)對a相中的電網(wǎng)電壓進行鎖相，接著利用正余弦信號發(fā)生器可以得到和電網(wǎng)電壓相位相同的正余弦信號，由此可以構(gòu)成矩陣C[3]。如圖(2)所示為a相諧波及基波無功電流的變化：

根據(jù)正余弦信號之間的關(guān)系，可以得出：

如果想要得到諧波分量iak、ibk、ick的值就必須要先計算出該電路中的三相負載電流，其計算過程如下：

可以先假設(shè)該三相電路是對稱的，設(shè)電源電壓基波的有效值為V1，電源角頻率為ω，根據(jù)假設(shè)可以得出[4]：

由此可以推出：

然后就可以通過電力濾波器來計算出iq、ip的直流分量因為直流分量是根據(jù)iaf、ibf、icf產(chǎn)生的，所以就可以通過來計算iaf、ibf、icf的值，然后在經(jīng)過轉(zhuǎn)化和ia、ib、ic相減就能計算出諧波分量iak、ibk、ick，其具體的計算過程如下：

如果要根據(jù)ip-iq法來計算基波無功電流和檢測諧波之間的和的時候，就需要先計算出ip然后進行反變換，如果只是對iq進行反變換的話，得到的就是無功電流。通過計算可以發(fā)現(xiàn)這種方法在三相電壓正常而且對稱的情況下，對無功電流和諧波的檢測結(jié)果是相似的。

2 改進后的電流平均值法

2.1 電流平均值法的基本原理

通過對ip-iq法的工作原理分析，可以看出，傳統(tǒng)的ip-iq法把同步電壓速度旋轉(zhuǎn)構(gòu)造成有兩個正交軸的坐標系，并以此來得到瞬時電流的兩相分量，然后通過電力濾波器的濾波來計算出和電流基波分量相對應(yīng)的直流分量。電流平均值法跟ip-iq法有一定的相似之處，其基礎(chǔ)也是同步變換，而電流平均值法的優(yōu)越之處就是簡化了ip-iq法的濾波過程，僅僅用一個計算電流平均值的模塊來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電力濾波器。電流平均值法主要包括減法、延遲、積分和除法模塊，其中延遲模塊的輸出的值相當于電流積分延遲的T/6[5](T指的是基波的周期)。

2.2 改進電流平均值法的具體方法及仿真

在前文提到了電流平均值法的不足之處，在對電流平均值法進行改進時，就可以結(jié)合其不足之處，這樣才能更有效的提高電流平均值法的應(yīng)用功能和效果。通過電流平均值法的不足可以發(fā)現(xiàn)，如果想要完全濾除交流分量，就可以把積分周期改成是檢測過程中需要被濾除的交流分量的周期的最小公倍數(shù)，利用根據(jù)這一理念改進過的電流平均值法可以計算出和值[7]，其計算過程如下：

可以根據(jù)改進方法畫出改進后的電流平均值法的原理圖，電流平均值法的原理圖如圖(4)所示：

從圖中可以看出改進后的電流平均值法與傳統(tǒng)的電流平均值法相似，它們所包含的模塊都是減法、延遲、積分和除法模塊，只不過改進后的電流平均值法中電流積分模塊延遲T就是延遲模塊的輸出值，另外，除法模塊就是把積分電流除以積分的區(qū)間T，電流在積分區(qū)間0-T之間的積分值就是積分模塊的輸出值減去延遲模塊的輸出值得到的。

經(jīng)過改進的電流平均值法的積分周期有了很大的改變，而且上面也已經(jīng)計算出了ipk和iqk的值，這樣就能得到諧波電流的正序分量，而且，如果想要檢測諧波的負序分量，就可以直接改變矩陣C就行了，因為正序分量和負序分量的區(qū)別就僅僅在于相序相反而已，諧波電流的正序分量的計算過程如下[8]：

通過上面的計算和分析已經(jīng)完成了改進電流平均值法的初步設(shè)計，為了檢驗電流平均值法的改進是否可行，可以通過對改進后的電流平均值法檢測諧波的過程進行仿真，在仿真過程中通過觀察和分析來確定改進措施的可行性。

3 結(jié)語

通過與傳統(tǒng)的電流平均值法對比研究可以發(fā)現(xiàn)，改進后的電流平均值法能夠完全濾除交流分量，而且改進后的電流平均值法具有檢測簡單、準確的特點，而且經(jīng)過改進也提高了電流平均值法的實用性。

[1]王光磊,謝永芳.基于瞬時無功功率理論的改進諧波檢測方法[J].工業(yè)控制計算機,2010,06:123-125+127.

[2]何英杰,劉進軍,王兆安,鄒云屏.一種基于瞬時無功功率理論的數(shù)字諧波檢測[J].電工技術(shù)學(xué)報,2010,08:185-192.

[3]高建朝.基于瞬時無功功率理論的改進型煤礦電網(wǎng)諧波電流檢測方法[J].煤礦機電,2014,04:53-55+59.

[4]韋耀杰.基于瞬時功率理論的改進型諧波電流檢測方法的研究[J].變頻器世界,2014,08:50-53.

[5]王子績,孟鑫,張彥兵,周娟.基于瞬時無功功率理論的新型諧波檢測算法[J].電測與儀表,2012,04:9-13.

[6]涂永昌,劉建功,王偉.基于瞬時無功功率理論的諧波檢測改進算法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2013,03:145-147.

[7]左坤,李錚,吳建明,張瑞.基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法的研究[J].電力學(xué)報,2011,02:104-106.

[8]趙金憲,李科,涂展.基于瞬時無功功率理論改進的APF諧波電流檢測方法[J].黑龍江科技大學(xué)學(xué)報,2015,01:97-103.