O 引言
隨著電網(wǎng)諧波治理技術(shù)的發(fā)展，有源濾波(APF)成為治理諧波的有效手段。APF準(zhǔn)確及時(shí)補(bǔ)償諧波的關(guān)鍵是必須通過某種檢測方法快速、準(zhǔn)確地獲得負(fù)載電流諧波信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生補(bǔ)償信號(hào)以抵消電源中的諧波，達(dá)到諧波補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｄ壳爸饕谢贔FT的檢測方法、小波變換提取基波分量的方法、自適應(yīng)電流檢測方法、基于瞬時(shí)無功功率理論的p—q法和ip一iq法。基于FFT的檢測方法檢測精度高，實(shí)現(xiàn)簡單，但實(shí)時(shí)性不好；小波變換提取基波分量的方法非常適合突變信號(hào)的分析和處理，但由于難于構(gòu)造分頻嚴(yán)格能量集中的小波，其檢測精度有待改善；自適應(yīng)電流檢測方法自適應(yīng)能力好，能較好地跟蹤檢測且精度較高，其缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢；基于瞬時(shí)無功功率理論的ip一iq諧波電流檢測方法具有較好的實(shí)時(shí)性，不論在電壓畸變時(shí)還是在三相電壓不對(duì)稱時(shí)，它都能準(zhǔn)確完成對(duì)諧波電流的檢測。由于傳統(tǒng)濾波器檢測時(shí)跟蹤時(shí)間較長，采用傳統(tǒng)濾波器檢測系統(tǒng)最短的跟蹤時(shí)間也要一個(gè)基波周期以上。本研究基于三相電路瞬時(shí)無功功率理論的ip一 iq法，提出了一種改進(jìn)的ip一iq諧波數(shù)字檢測方法，該方法是利用電流平均值原理得到與基波分量對(duì)應(yīng)的直流量，具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，對(duì)于三相平衡負(fù)載補(bǔ)償時(shí)響應(yīng)時(shí)問只有1／6個(gè)基波周期。并用MATLAB仿真軟件建立諧波檢測的數(shù)字檢測模型。
l 基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波檢測電流原理
該檢測方法原理圖如圖l所示，該方法用鎖相環(huán)和正、余弦信號(hào)發(fā)生電路得到與a相電網(wǎng)電壓ea同相位的正弦信號(hào)sinωt和對(duì)應(yīng)的余弦信號(hào)一cosωt，根據(jù)定義可以從iα一iβ，計(jì)算出ip一iq，經(jīng)LPF濾波得到ip一iq的直流分量ip一iq。由ip一iq即可計(jì)算出三相基波電流iaf、ibf、 icf，進(jìn)而計(jì)算出三相諧波電流iab、ibb、icb。
若三相電流對(duì)稱，則被檢測電流為式(4)。式中的ω為角頻率，ikm和θk為電流的幅值和初相。式(4)代入(1)得到式(5)。ip一iq運(yùn)算方式克服了三相電壓非正弦、非對(duì)稱情況下檢測誤差較大的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確檢測到三相電路高次諧波和基波負(fù)序電流。
2 電流平均值法的基本原理
傳統(tǒng)的ip-iq法構(gòu)造了以同步速度旋轉(zhuǎn)的具有兩個(gè)正交軸的坐標(biāo)系，獲得瞬時(shí)電流兩相分量，通過LPF濾波得到與電流基波分量對(duì)應(yīng)的直流量。電流平均法也是以同步變換為基礎(chǔ)的，不過是將LPF用計(jì)算電流平均值的模塊代替。由式(4)可知，在同步變換后，6i+1，6i+5次諧波將變成6i，6i+4次 (i=1，2，3，4…)，每個(gè)奇次諧波在經(jīng)過T／6區(qū)間積分后變成零值。所以可以通過求ip一iq電流在T／6區(qū)間積分后的平均值，來得到基波分量對(duì)應(yīng)的直流量，當(dāng)負(fù)載電流不對(duì)稱時(shí)，電流含有偶次諧波，同步變換后諧波將成為三的倍數(shù)，積分區(qū)間應(yīng)改為T／3，T為基波周期。電流平均值模塊可由連續(xù)系統(tǒng)模塊庫中的積分器，固定時(shí)間延遲及信號(hào)增益模塊構(gòu)成。電流平均值原理設(shè)計(jì)的模型的原理如圖2所示。
3 仿真模型建立
1)仿真結(jié)構(gòu)圖
本系統(tǒng)的仿真是在MATLAB 7．0軟件包的simulink工具箱下實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)ip一iq算法原理設(shè)計(jì)諧波檢測模型主要包括了兩部分，即諧波源的設(shè)計(jì)和諧波檢測算法的實(shí)現(xiàn)。為了比較傳統(tǒng)型與改進(jìn)型檢測方法的檢測精度，借助于MATLAB分別對(duì)它們作了仿真。仿真結(jié)構(gòu)，如圖3所示。現(xiàn)實(shí)中非線性負(fù)載是電網(wǎng)中主要的諧波源。其中最具有代表性的諧波源是直流側(cè)帶感性負(fù)載的二極管整流橋或三相可控硅整流橋，這類負(fù)載在電網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛，而且產(chǎn)生的諧波含量也較大。因此，本文仿真模型采用三相橋式整流負(fù)載作為諧波源進(jìn)行建模，具有代表性，如圖4所示。仿真條件為
電源相電壓：220／50Hz
非線性負(fù)載：三相橋式整流負(fù)載
直流側(cè)負(fù)載：50Ω
線路電感Ls：2mH
2)仿真結(jié)果及分析
傳統(tǒng)方法中濾波器采用的是25Hz截止頻率的2階Butterworth低通濾波器。由圖5(a)看到由于低通濾波器環(huán)節(jié)的影響，基波延遲約一個(gè)電網(wǎng)周期 (0．02s)，若濾波器的階數(shù)增加，延遲時(shí)間還要增加．相對(duì)于圖5(b)其延遲約T／3個(gè)電網(wǎng)周期。而諧波電流檢測的過渡時(shí)間約需要一個(gè)電網(wǎng)周期的時(shí)間才能跟蹤上負(fù)載的變化如圖6(a)所示。圖6(b)是采用電流平均值法得到的諧波電流，從圖6的比較中可以明顯的可以看出采用電流平均值法的模型在檢測諧波電流的時(shí)候在實(shí)時(shí)響應(yīng)上優(yōu)于傳統(tǒng)濾波器，可以快速的跟蹤上負(fù)載的變化。從圖7的頻譜分析中可以看出采用電流平均值法，雖然在快速跟蹤負(fù)載響應(yīng)上優(yōu)于傳統(tǒng)方法，但它的畸變率THD=45．00%要高于傳統(tǒng)方法的THD=35．08%，因此仍然難以同時(shí)滿足在諧波檢測中的高精確性和快速實(shí)時(shí)響應(yīng)。
4 結(jié)束語
本文以諧波電流檢測的平均值法為基礎(chǔ)，對(duì)simulink下如何構(gòu)建諧波檢測仿真模型做了闡述，并進(jìn)行了仿真。歸納起來，本文介紹的改進(jìn)濾波器型的諧波電流檢測方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)檢測方法易實(shí)現(xiàn)。
(2)適用于單相、三相三線、三相四線電路和三相不平衡負(fù)載電路。
(3)改進(jìn)濾波器型的諧波電流檢測方法響應(yīng)速度快，檢測延時(shí)小。對(duì)于對(duì)稱三相電流，檢測延時(shí)為T／6。對(duì)于單相、三相四線電路和三相不平衡負(fù)載電路，檢測延時(shí)為5T／6。
(4)三相負(fù)載電流不對(duì)稱時(shí)，傳統(tǒng)的ip一iq運(yùn)算方式用于分離出基波正序電流分量，對(duì)于無功分量不能精確分離。而改進(jìn)型方法仍然可以快速準(zhǔn)確地檢測出每一相的諧波和無功電流。