一種諧波與無功電流檢測方法的探討

摘要：隨著電力系統(tǒng)中非線性負(fù)載的增加，諧波污染及無功功率的不足成為影響系統(tǒng)電能質(zhì)量的嚴(yán)重問題。有源電力濾波器(APF)作為一種有效的諧波治理裝置，同時能補(bǔ)償無功功率。能否準(zhǔn)確快速獲得諧波及無功電流指令信號對于APF的治理效果具有直接的影響。研究了一種諧波和無功電流檢測方法，分析并設(shè)計了其中起關(guān)鍵作用的低通濾波器和三相鎖相環(huán)。對該方法進(jìn)行了理論及仿真分析，同時介紹了其數(shù)字實現(xiàn)，說明了該檢測方法的準(zhǔn)確性和易實現(xiàn)性。最后通過實驗驗證了該方法的有效性，為其工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；無功電流檢測；鎖相環(huán)；低通濾波

1 引言
隨著電力系統(tǒng)非線性負(fù)荷的增加，諧波污染變得越來越嚴(yán)重，APF是一種可有效治理諧波污染的裝置，同時能補(bǔ)償無功電流。作為APF治理諧波及補(bǔ)償無功的前提條件，諧波及無功電流檢測方法的快速性和準(zhǔn)確性影響著諧波治理和無功補(bǔ)償?shù)男ЧＶC波及無功電流檢測方法有：基于瞬時無功功率理論的諧波及無功電流檢測方法、基于傅里葉分析的檢測方法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法和基于小波分析的檢測方法。

2 諧波及無功電流檢測方法的提出
電力系統(tǒng)中，理想狀態(tài)下線路上均為有功電流。但系統(tǒng)中的儲能元件和非線性負(fù)載會使線路中存在無功和諧波電流。假設(shè)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流三相平衡，設(shè)三相電網(wǎng)相電壓為：

其余分量為交流分量，包括無功和諧波分量。
理想治理情況下，電網(wǎng)為負(fù)載提供有功電流，諧波治理及無功補(bǔ)償裝置為負(fù)載提供諧波和無功電流。若諧波及無功電流得到完全補(bǔ)償，則補(bǔ)償點或治理點之前的電網(wǎng)中全是有功電流，該有功電流即為負(fù)載消耗的有功電流。因此，要得到負(fù)載中的諧波及無功電流指令，只需通過式(3)算出非線性負(fù)載的有功電流瞬時值，然后與其實際電流作差可得APF所需的諧波與無功電流指令。從另一角度考察，有功電流與電網(wǎng)電壓同相位，求出有功電流有效值后，同步電網(wǎng)電壓信號，即可得有功電流的瞬時值，通過式(4)可得有功電流有效值。
此方法假設(shè)電網(wǎng)電壓完全無畸變、三相電流平衡，但在實際應(yīng)用中，電網(wǎng)電壓存在一定畸變，則上述所得的P也包含了諧波有功功率。由此而得的負(fù)載無功和諧波電流(iq+ib)不準(zhǔn)確。基于此，這里對上述方法進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)框圖如圖1所示。

三相鎖相環(huán)所得的是一個與電網(wǎng)電壓基波同頻同相的歸一化信號，即：(usabc_PLL為三相電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)信號；usfabc為三相電網(wǎng)基波電壓瞬時值；Usf為電網(wǎng)基波相電壓有效值)，因此其與負(fù)載電流的乘積去除了諧波電壓的影響，同時簡化了計算，提高了算法的速度。