基于瞬時無功電流理論三相諧波提取的DSP實現(xiàn)

首先回顧和總結(jié)了目前諧波提取的方法并比較了各種方法的特點；詳細地討論了一種基于瞬時無功電流理論三相諧波提取的方法并討論了這種方法的低通數(shù)字濾波器設(shè)計,具體分析研究了濾波器的種類、截止頻率和采樣頻率對三相諧波提取效果的影響。最后仿真和實驗研究了基于瞬時無功電流理論dq變換方法。

關(guān)鍵詞：有源濾波器；諧波提??；瞬時無功功率理論

0 引言

有源濾波器是目前國內(nèi)外諧波抑制技術(shù)的一個重要研究方向，在國外APF技術(shù)已得到了大量應(yīng)用。APF技術(shù)的原理就是把三相畸變電流的諧波提取出來作為指令電流，控制PWM主電路產(chǎn)生一反向的諧波電流以補償電網(wǎng)中的諧波電流，因此，三相諧波電流提取的效果直接決定了APF諧波補償?shù)男Ч?/p>

1 現(xiàn)有三相諧波檢測方法

圖1是典型并聯(lián)結(jié)構(gòu)的APF原理框圖。諧波電流的檢測方法都是基于非正弦條件下有功功率和無功功率定義而產(chǎn)生的。三相諧波檢測的方法很多，從目前的資料看主要有以下幾種。

圖1 并聯(lián)結(jié)構(gòu)APF原理框圖

1）方法1 采用模擬帶通濾波器檢測高次諧波電流[1]，這種方法的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，造價低，輸出阻抗低，品質(zhì)因素容易控制，但是，模擬濾波器的元件容易受外界影響，而且當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時，實際檢測出的諧波電流中含有較多的基波分量。

2）方法2 基于頻域分析的FFT[2]和DFT[3]分解方法，這種方法將非正弦的交流電流表達為基波電流和諧波電流之和，然后根據(jù)三角變換方法將基波電流進一步分解為無功電流和有功電流。這種方法由于計算很復(fù)雜，因而有較大延遲。

3）方法3 基于自適應(yīng)干擾抵消原理的自適應(yīng)閉環(huán)檢測方法[4]，這種方法把電壓作為參考輸入，負載電流作為原始輸入，構(gòu)成一閉環(huán)連續(xù)調(diào)整的諧波及無功電流自適應(yīng)檢測系統(tǒng)，這種方法雖然也是采用模擬電路實現(xiàn)，但是這種檢測系統(tǒng)的運行特性基本與元件參數(shù)無關(guān)。

4）方法4 基于廣義瞬時無功功率p，q計算方法，這種方法是目前APF中常用的一種方法，其主要原理框圖如圖2所示。這種方法是基于瞬時無功功率理論，它先計算出有功功率p和無功功率q，然后經(jīng)低通濾波器（LPF）得到有功功率和無功功率的直流分量，然后通過功率和電壓計算出三相的基波分量。這種方法的一個局限就是只能應(yīng)用在電網(wǎng)電壓無畸變的時候。

圖2 pq運算提取三相諧波的原理框圖

5）方法5 基于廣義瞬時無功功率電流的計算方法，這種方法也是本文要討論的諧波提取方法，是方法4在瞬時無功功率理論上進一步擴展的結(jié)果，其具體原理將在下面討論。這種方法的優(yōu)點就是在電網(wǎng)電壓有畸變的情況下，也能夠精確地提取諧波電流。

2 基于廣義瞬時無功功率電流理論的諧波電流檢測方法

瞬時無功功率理論最早于1983年由日本學(xué)者Akagi[5]提出來；西安交通大學(xué)王兆安教授于1992年進一步深入研究了三相電路瞬時無功功率理論[6]，進一步定義了三相電路的瞬時無功功率和各相的無功功率和無功功率電流，研究了廣義瞬時無功功率理論和傳統(tǒng)理論的關(guān)系，從而在理論上為方法4、方法5的諧波提取方法提供了依據(jù)。文獻[7]及[8]詳細地比較研究了這兩種諧波電流檢測方法，從理論上分析了方法5不受電網(wǎng)電壓畸變影響的原因，并仿真研究了這一結(jié)論。基于廣義瞬時無功功率電流理論的簡單闡述就是：無論電網(wǎng)電壓畸變與否，三相電流對稱與否或者是否畸變，正序三相電流ia，ib，ic經(jīng)過dq變換后的id，iq可以表示成式（1）的形式。id為d軸電流直流分量，它與負載的基波有功功率相對應(yīng)；iq為q軸直流分量，它與負載基波相位移無功功率相對應(yīng)，d軸交流分量、q軸交流分量和O軸分量io與負載基波不對稱及高次諧波無功功率相對應(yīng)。

idqo==C=（1）

式中：

C=×

基于無功功率電流理論，諧波電流檢測方法的計算框圖如圖3所示。從圖3不難看出，計算主要分為4個過程。

圖3 dq變換提取三相諧波的原理框圖