一种基于瞬时无功理论的改进型谐波检测方法

王玉科(西部管道酒泉输油气分公司， 甘肃 酒泉 735000)

在电力电子技术的不断发展下，电力在人们日常生活的应用越来越广泛，然而同时因为谐波而产生的危害也越来越严重。谐波检测是为抑制谐波而出现的电力电子装置的重要环节，它对电力电子装置中重要的设备有源电力滤波器的滤波效果有直接的影响，为了提高谐波检测能够满足有源电力滤波器的需求，就必须对谐波检测方法进行不断的改进和创新。电流平均值法是一种改进型的检测方法，该方法主要是利用Matlab仿真平台，来实现改进的谐波电流检测法的仿真研究，它打破了传统的电流平均值滤波法只能用于检测对称三相电路基波电流的局限性，而且它还具有检测原理简单、准确，实用性也比较强[1]。

1 基于瞬时无功理论的谐波检测方法

在瞬时无功理论的不断改进中出现了一些具有代表性的理论方法，比如说ip-iq法、d-q法、p-q法等，这些方法最显著的特点就是实现电路的结构比较简单，电路中出现的延时也比较少，其实时性也比较好。在文中主要是通过对ip-iq法中的滤波过程进行简化，来实现对电流平均值法的改进[2]。

ip-iq法的检测原理就是把三相瞬时无功理论作为检测基础，从计算瞬时无功功率 和瞬时有功电流 来完成滤波的检测[3]。如图(1)所示为ip-iq法检测谐波的原理图。

通过观察图(1)可以发现：通过锁相环对a相中的电网电压进行锁相，接着利用正余弦信号发生器可以得到和电网电压相位相同的正余弦信号，由此可以构成矩阵C[3]。如图(2)所示为a相谐波及基波无功电流的变化：

根据正余弦信号之间的关系，可以得出：

如果想要得到谐波分量iak、ibk、ick的值就必须要先计算出该电路中的三相负载电流，其计算过程如下：

可以先假设该三相电路是对称的，设电源电压基波的有效值为V1，电源角频率为ω，根据假设可以得出[4]：

由此可以推出：

然后就可以通过电力滤波器来计算出iq、ip的直流分量因为直流分量是根据iaf、ibf、icf产生的，所以就可以通过来计算iaf、ibf、icf的值，然后在经过转化和ia、ib、ic相减就能计算出谐波分量iak、ibk、ick，其具体的计算过程如下：

如果要根据ip-iq法来计算基波无功电流和检测谐波之间的和的时候，就需要先计算出ip然后进行反变换，如果只是对iq进行反变换的话，得到的就是无功电流。通过计算可以发现这种方法在三相电压正常而且对称的情况下，对无功电流和谐波的检测结果是相似的。

2 改进后的电流平均值法

2.1 电流平均值法的基本原理

通过对ip-iq法的工作原理分析，可以看出，传统的ip-iq法把同步电压速度旋转构造成有两个正交轴的坐标系，并以此来得到瞬时电流的两相分量，然后通过电力滤波器的滤波来计算出和电流基波分量相对应的直流分量。电流平均值法跟ip-iq法有一定的相似之处，其基础也是同步变换，而电流平均值法的优越之处就是简化了ip-iq法的滤波过程，仅仅用一个计算电流平均值的模块来代替传统的电力滤波器。电流平均值法主要包括减法、延迟、积分和除法模块，其中延迟模块的输出的值相当于电流积分延迟的T/6[5](T指的是基波的周期)。

2.2 改进电流平均值法的具体方法及仿真

在前文提到了电流平均值法的不足之处，在对电流平均值法进行改进时，就可以结合其不足之处，这样才能更有效的提高电流平均值法的应用功能和效果。通过电流平均值法的不足可以发现，如果想要完全滤除交流分量，就可以把积分周期改成是检测过程中需要被滤除的交流分量的周期的最小公倍数，利用根据这一理念改进过的电流平均值法可以计算出和值[7]，其计算过程如下：

可以根据改进方法画出改进后的电流平均值法的原理图，电流平均值法的原理图如图(4)所示：

从图中可以看出改进后的电流平均值法与传统的电流平均值法相似，它们所包含的模块都是减法、延迟、积分和除法模块，只不过改进后的电流平均值法中电流积分模块延迟T就是延迟模块的输出值，另外，除法模块就是把积分电流除以积分的区间T，电流在积分区间0-T之间的积分值就是积分模块的输出值减去延迟模块的输出值得到的。

经过改进的电流平均值法的积分周期有了很大的改变，而且上面也已经计算出了ipk和iqk的值，这样就能得到谐波电流的正序分量，而且，如果想要检测谐波的负序分量，就可以直接改变矩阵C就行了，因为正序分量和负序分量的区别就仅仅在于相序相反而已，谐波电流的正序分量的计算过程如下[8]：

通过上面的计算和分析已经完成了改进电流平均值法的初步设计，为了检验电流平均值法的改进是否可行，可以通过对改进后的电流平均值法检测谐波的过程进行仿真，在仿真过程中通过观察和分析来确定改进措施的可行性。

3 结语

通过与传统的电流平均值法对比研究可以发现，改进后的电流平均值法能够完全滤除交流分量，而且改进后的电流平均值法具有检测简单、准确的特点，而且经过改进也提高了电流平均值法的实用性。

[1]王光磊,谢永芳.基于瞬时无功功率理论的改进谐波检测方法[J].工业控制计算机,2010,06:123-125+127.

[2]何英杰,刘进军,王兆安,邹云屏.一种基于瞬时无功功率理论的数字谐波检测[J].电工技术学报,2010,08:185-192.

[3]高建朝.基于瞬时无功功率理论的改进型煤矿电网谐波电流检测方法[J].煤矿机电,2014,04:53-55+59.

[4]韦耀杰.基于瞬时功率理论的改进型谐波电流检测方法的研究[J].变频器世界,2014,08:50-53.

[5]王子绩,孟鑫,张彦兵,周娟.基于瞬时无功功率理论的新型谐波检测算法[J].电测与仪表,2012,04:9-13.

[6]涂永昌,刘建功,王伟.基于瞬时无功功率理论的谐波检测改进算法研究[J].现代电子技术,2013,03:145-147.

[7]左坤,李铮,吴建明,张瑞.基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法的研究[J].电力学报,2011,02:104-106.

[8]赵金宪,李科,涂展.基于瞬时无功功率理论改进的APF谐波电流检测方法[J].黑龙江科技大学学报,2015,01:97-103.