浅谈有源电力滤波器的谐波电流检测方法

徐 伟 吴祥飞

（1.浙江省医疗器械检验研究院 2.浙江理工大学）

0 引言

随着社会发展和经济水平提升以及科学技术的进步，大量的电子产品和电器产品涌入人们的生活，使得人们对电力能源的消耗不断加剧，为电力行业的电力系统带来巨大的压力。在这一背景下，电力行业也开始进行电力系统的升级和自动化控制相关技术的应用，以期满足当前电力市场当中对电力能源的需求。谐波是电力领域当中电力设备实际运行过程中所产生的，其会对电能的传输质量以及安全性与传输稳定性带来极大的影响，尤其在设备运行过程中产生谐波会导致设备运行非电能消耗的加大，造成电力能源传输过程中的浪费。目前在电力系统当中用于谐波抑制的方法和技术设备很多，有效性较高的是有源电力滤波器，有源电力滤波器具有自动实时监控和谐波抑制的优势，能够有效地抑制谐波对电力系统电网电能传输质量的影响。谐波电流检测是有源滤波器的核心技术，其所能起到的作用能够直接影响对谐波的抑制效果。当前，电力企业当中，对于单相供电电路的有源电力滤波器谐波电流检测已经实现了瞬时无功功率、鉴相原理等算法的应用，但从现代城市电网运行需求和电力能源传输稳定性需求角度来讲，这些算法已经逐渐无法满足电力能源在电网和电力系统电能传输中所产生谐波的准确计算需求，尤其在不断增大的电力能源需求和电力系统技术性不断创新与设备的不断更新基础上，其算法的整体应用效果已经低于电力能源传输中谐波的计算标准要求，在精度上也不再适用现代电网和电力系统对谐波的检测。

1 有源电力滤波器的谐波电流检测原理

有源电力滤波器由于其具有较高的精准度和准确性而常被用于动态抑制谐波和补偿无功，是属于较为新型的电力电子设备，其能够有效地抑制大小和频率同时发生变化的谐波电流。其原理构成主要包括了指令运算电流电路和补偿电流发生电路。从学术角度来讲，指令运算电流电路所采用的是基于瞬时无功功率理论的算法来提取谐波并以此为依据产生相对应的电流指令，而补偿电流发生电路在接收到指令运算电流电路所传送的指令后，使用较高水平的智能控制方式进行电流指令的接收并产生补偿电流，如此就能够起到谐波的抑制作用［1］。

在单相供电电路当中，使用有源电力滤波器通过谐波电流检测能够将其所分离出的谐波做出准确的检测，针对检测的结果进行指令的生成，并以此为依据进行处理控制办法的选择，针对逆变模块所产生的谐波电流按照其大小和传输方向产生相反的分量，进而达到抑制谐波电流的目的。以并联型有源电力滤波器为例其原理如图1所示：

通过原理图是可以看出，电网的电流如果产生了非线性的负载状态，会引起负载电流产生畸变，由此就会生成基波、谐波，这也可以看出谐波频率是基波频率的整数倍，而在有源电力滤波器对谐波检测并实现补偿后，电网电流当中就只含有基波分量，由此可知，通过有源电力滤波器谐波检测能够针对谐波分量产生相应的计算指令，并根据计算结果进行谐波功率的补偿，进而实现谐波电流的补偿。

2 有源电力滤波器谐波电流检测中的影响因素

2.1 谐波电流检测位置带来的影响

按照有源电力滤波器谐波电流检测过程中应用的算法显示不同谐波电流检测位置的有源电力滤波器谐波电流检测效果也存在着差异。按照当前所常会出现的负载侧谐波检测来讲，电流互感器通常会设置在负载侧，主要目的在于对负载中存在的谐波进行检测，并按照其结果数据进行电流信息参数的传送，由有源电力滤波器进行电流数据的计算，再提取相应的补偿谐波电流，通过计算指令发出补偿电流，进而消除负载向电网中注入的谐波电流，大多数电力企业对于负载测未知的谐波电流控制通常会采用双闭环式控制策略，其中所必须要注意的是，在有源电力滤波器做出谐波补偿时，需要进行直流侧电压的稳定，可以应用外环进行直流电压稳定性的有效控制，再利用内环控制系统做出补偿电流的输出，根据其负载侧所检测到的负载电流进行延迟构造的获取，使电流经过变换后获取负载电流的输出轴分量，如此，电网电压初始相位会经过低通滤波器之后得到负载电流中的基波电流轴分量，然后根据变换后所获取的负载电流分量，辅以直流电压的误差调节输出，通过反变换后获取基波的电流值，并由此来获取负载电流当中其他电流的分量。这就可以获得谐波的电流分量，针对这一结果通过直流侧电压稳定的基波电流分量实现对电流调节器调制波信号的获取，最终进行电路中谐波电流补偿效果的达成。［2］。

而电网侧谐波电流检测位置下的有源电力滤波器在实际的应用过程当中电流的补偿实际状况则显得不同，例如补偿之后电网电流的总谐波系数和电流的大小都存在着一定的差异，这也就说明了不同位置的谐波电流检测会产生不同的效果［3］。

2.2 谐波电流检测算法带来的影响

有源电力滤波器应用到谐波电流检测算法可以利用自适应谐波电流检测举例来说明，首先要解释自适应干扰对消原理，其是谐波电流检测算法中较为常用的理论原理，通常，其主要的依据在于利用自适应干扰对消原理在信号处理过程中采用这一信号检测可以假设检测系统中存在两个信号，即原始信号和参考信号［4］。原始信号和参考信号会产生互相干扰，并经过自适应滤波器后得到处理并实现相互抵消，如此就能够实现参考信号当中有效信号分离目的，并实现自适应有源电力滤波器参数的调节，其抵消原理如图2所示：

从这一过程可以得出，有源滤波器自适应谐波电流检测结构是进行非线性负载电流为原始输入的假设，在参考输入信号与原始信号相抵消后的数据分析中，根据对比分析，最终得到所需要的谐波电流参数的权值大小或能够根据算法在线调整，由此也可以看出，通过全职梯度估值的负方向调整后，于不同算法在线调整后所得到的输出信号产生的谐波电流值也会存在微小的差异，所以说，自适应算法的使用，其所起的作用主要是利用误差反馈来进行滤波器权值的合理调整，让输出信号可以依据基波电流的变化急性补偿电流的即时调整［5］。

3 有源电力滤波器谐波电流检测方法分析

3.1 传统有源电力滤波器谐波电流检测方法

近些年来，很多电力企业在进行有源电力滤波器谐波电流检测过程当中，应用较多的是瞬时误工理论，其能够实现谐波电流补偿参考值的准确生成。尤其是低通滤波器的使用具有较高的效果。这也就意味着，谐波检测方法在其动态性能和谐波电流检测的精准度方面仍然会出现一定的缺陷。对于精度的提升就必须选择其中的一个方面进行谐波的检测，而无法兼具其所有的优势性能，而且低通滤波器也无法能达到标准的精度，这对谐波电流的补偿效果会产生很大的影响［6］。

3.2 新型有源电力滤波器谐波电流检测方法

目前很多技术人员基于瞬时无功功率理论谐波检测方法精度上的不足也进行了不断的分析和研究，并将其谐波电流检测方法做出了改良和升级。电网当中的电流主要包括基波和谐波，在通过对其旋转速度进行相应的变化之后，其坐标旋转速度和方向相同的基波只有转换为之流量才会实现交流量成分的变换。所以，技术人员必须要能够选择具有较好功能的滑动平均滤波器来实现两相同步旋转坐标中直流分量的检测，其所得出的基波分量结构作为基础依据，并通过传统低通滤波器谐波电流检测算法来求取直流分量［7］。

4 结束语

结合上述文章内容所述，有源电力滤波器在电力系统电能传输过程中的应用，能够有效地进行谐波电流的检测，才能够达到抑制谐波电流的目的，提高电力能源传输质量和稳定性，并且通过有源电力滤波器谐波电流检测方法的优化和正确采用可以很好地补偿谐波电流，进而提高电力能源传输的安全性，降低电力能源的浪费消耗，为用户提供更好的用电体验。相关技术人员必须要不断地进行有源电力滤波器谐波电流检测方法的优化和创新，使其具备更加有效和高质量的运行效果，更加具有有效性和准确性，进而实现电力企业的健康发展和经济效益的提升。