一種諧波與無(wú)功電流檢測方法的探討

摘要：隨著(zhù)電力系統中非線(xiàn)性負載的增加，諧波污染及無(wú)功功率的不足成為影響系統電能質(zhì)量的嚴重問(wèn)題。有源電力濾波器(APF)作為一種有效的諧波治理裝置，同時(shí)能補償無(wú)功功率。能否準確快速獲得諧波及無(wú)功電流指令信號對于A(yíng)PF的治理效果具有直接的影響。研究了一種諧波和無(wú)功電流檢測方法，分析并設計了其中起關(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(shí)介紹了其數字實(shí)現，說(shuō)明了該檢測方法的準確性和易實(shí)現性。最后通過(guò)實(shí)驗驗證了該方法的有效性，為其工程應用奠定了基礎。
關(guān)鍵詞：有源電力濾波器；無(wú)功電流檢測；鎖相環(huán)；低通濾波

1 引言
隨著(zhù)電力系統非線(xiàn)性負荷的增加，諧波污染變得越來(lái)越嚴重，APF是一種可有效治理諧波污染的裝置，同時(shí)能補償無(wú)功電流。作為APF治理諧波及補償無(wú)功的前提條件，諧波及無(wú)功電流檢測方法的快速性和準確性影響著(zhù)諧波治理和無(wú)功補償的效果。諧波及無(wú)功電流檢測方法有：基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波及無(wú)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(wú)功電流檢測方法的提出
電力系統中，理想狀態(tài)下線(xiàn)路上均為有功電流。但系統中的儲能元件和非線(xiàn)性負載會(huì )使線(xiàn)路中存在無(wú)功和諧波電流。假設電網(wǎng)電壓和負載電流三相平衡，設三相電網(wǎng)相電壓為：

其余分量為交流分量，包括無(wú)功和諧波分量。
理想治理情況下，電網(wǎng)為負載提供有功電流，諧波治理及無(wú)功補償裝置為負載提供諧波和無(wú)功電流。若諧波及無(wú)功電流得到完全補償，則補償點(diǎn)或治理點(diǎn)之前的電網(wǎng)中全是有功電流，該有功電流即為負載消耗的有功電流。因此，要得到負載中的諧波及無(wú)功電流指令，只需通過(guò)式(3)算出非線(xiàn)性負載的有功電流瞬時(shí)值，然后與其實(shí)際電流作差可得APF所需的諧波與無(wú)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(shí)值，通過(guò)式(4)可得有功電流有效值。
此方法假設電網(wǎng)電壓完全無(wú)畸變、三相電流平衡，但在實(shí)際應用中，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。由此而得的負載無(wú)功和諧波電流(iq+ib)不準確?；诖?，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(gè)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(shí)值；Usf為電網(wǎng)基波相電壓有效值)，因此其與負載電流的乘積去除了諧波電壓的影響，同時(shí)簡(jiǎn)化了計算，提高了算法的速度。