基于有功电流分离的新型谐波检测法

　　0　引　　言

　　近年来,由于电力电子技术的飞速发展,以及电网中各种非线性负载的大量使用,给电网带来了大量的谐波和无功电流。因此消除谐波电流成了提高电能质量的关键性问题。

　　本文对含有谐波和无功功率的电流表达式进行了研究和分析,在数学推理基础上提出了一种简单的基于有功电流分离的谐波检测法。这种方法对硬件电路搭建要求低,结构简单,检测精度高,速度快。在有源电力滤波器的补偿电流控制方面,提出了采用模糊控制方法给出PWM控制信号的新方法。

　　1　谐波电流的危害及检测方法

　　谐波的危害是多方面的,主要体现在以下几个方面:1)对供配电线路的危害:影响线路的稳定运行[1]。2)对电力设备的危害:对电力电容器的危害;对电力变压器的危害[2];3)对用电设备的危害:对电动机的危害[3];对低压开关设备的危害[4];对弱电系统设备的干扰。4)对人体和电力测量准确性的影响:特别是电能表(多采用感应型),当谐波较大时将产生计量混乱,测量不准确[5]。由于谐波具有固有的非线性、随机性、分布性、非平稳性和影响因素的复杂性等特征,难以对谐波进行准确测量,为此许多学者对谐波测量问题进行了广泛研究。目前常用的一些谐波测量方法,分成如下几类:采用模拟带通或带阻滤波器测量方法;基于傅里叶变换理论;基于瞬时无功功率理论[6];基于神经网络理论;基于小波变换理论[7]。但是这些方法都比较复杂,对硬件要求高,有一定的局限性[8]。

　　2　基于有功电流分离的新型谐波电流检测

　　在单相电路的谐波和无功电流检测中,根据正弦函数的正交特性,提出了一种新的谐波和基波电流检测方法。它不需要采用固定频率的滤波器,电路结构简单,易于实现。

　　2.1　电压正常电流畸变时修正方法

　　设电网电压为没有发生畸变的正弦波:u(t) =Umsin(ωt+φ0)

　　设单相母线电流为i(t),基波电流为i1(t) =I1msin(ωt+φ0+Δφ),谐波电流为ih(t) =∑k=2Ikhsin(kωt+φ0+φk),则i(t) = i1(t) + ih(t) = I1msin(ωt +φ0+Δφ) +∑∞k=2Ikhsin(kωt+φ0+Δφk)(1)式中:Δφ为电网电压与基波电流的相位差,Δφk为电网电压和各次谐波电流间的相位差基波有功电流和无功电流为:

　　2.2　电压和电流均畸变时修正方法

　　在实际单相电路系统中,电网电压和电流均会有畸变,那么就需要对电压电流做相应的修正。设畸变电网电压为:us′= Usmsinωt +Δu(9)

　　式中:Δu为电网电压的谐波分量。将电网电压首先经过低通滤波器,提取出电压基波分量,然后再经过PLL。由于经过PLL后会有一定的相移θ,所以最后得到的正弦信号为sin(ωt+θ),余弦信号为cos(ωt+θ)。修正后的检测过程为: