1 基于瞬时无功理论的谐波检测方法.pdf

谐波检测方法的MATLAB仿真及综合性能分析

王林，吴军基
（南京理工大学动力工程学院，江苏南京210094）

摘要：电力系统谐波一般由非线性设备引起的，对电力系1基于瞬时无功理论的谐波检测方法
统的正常运行有很大的干扰。电力有源滤波器可以有效的解1.1p-q法基本原理[1]
决谐波问题，谐波检测是其技术核心。目前有效的谐波检测三相电路各相瞬时电压、瞬时电流分别为
方法有基于瞬时无功理论的谐波检测方法和自适应检测法，
ua,ub,uc和ia,ib,ic，将它们分别变换到两相正交的
本文用MATLAB的simulink仿真两类谐波检测算法并对其
坐标上，变换公式为
综合性能进行详细的分析和比较。使用仿真能够将谐波电流
u
检测的工作过程及有关波形准确直观地显示出来验证了理a
,ua
Cub(1)
论分析的正确性。u
b
uc
关键词：谐波检测；电力有源滤波器；simulink
ia
ia
Cib(2)
i
b
0引言ic
目前，谐波抑制的一个重要趋势是采用有源电
11/21/2
力滤波器。它的基本原理是从补偿对象中检测出谐其中C2/3
03/23/2
波电流，产生一个与该谐波电流大小相等而极性相
反的补偿电流，从而使电流只含基波分量。可见在根据瞬时无功功率理论，瞬时有功电流、瞬时无功
这种电力有源滤波器中要能实现对频率和幅值都电流为
变化的谐波进行跟踪补偿，必须保证谐波的检测过
ipicosiqisin(3)
程能够实时准确实现，因而谐波的检测就显得十分
重要。式中：为u，i的夹角。
学者们提出了基于频域分析的FFT方法，基于瞬时有功功率、瞬时无功功率满足
补偿电流最小原理的谐波与无功电流检测方法，峰
pipi
uC(4)
值采样保持检测方法，基于“瞬时无功功率理论”pqi
qiq
的电流检测方法，自适应谐波检测方法[1]。在电力
有源滤波器研究的众多领域中，准确实时地检测出
ee
电网中瞬态变化的畸变电流是有源电力滤波器进式中u=3U；U为正弦量的有效值；Cpq
ee
行精确补偿的关键。由于整个系统包含各种各样的
器件而且谐波源种类繁多难以准确描述，因而谐波设三相电压对称无畸变，有
电流检测的仿真分析对有源电力滤波器的设计和
ua2Usinwt
性能分析有重要的意义。使用MATLAB提供的2
u2Usin(wt)(5)
simulink仿真环境可以提供电力系统中常见的装置b3
2
和器件模型，使仿真过程和结果与实际情况更加吻u2Usin(wt)
c3
合。本文对p-q法，ii法和自适应检测法进行建
pq由式(1)、(4)、(5)可得
模和仿真研究，并对其检测精度和动态性能进行详
ipi
C(6)
细的分析和比较。wti
iq

1
sinwtcoswt
其中Cwt
coswtsinwt
将式(2)代入式(6)可得

ia
ip
Ci(7)
ib
q
ic图1ipiq谐波检测原理框图
PLL是锁相环，其作用是产生与电压同频同相
其中C=CwtC
的正弦和余弦信号，该方法通过锁相环产生的sinxt
考虑三相电流为非正弦的情况，有
和cosxt，与ia,ib,ic一起运算出ip,iq，经LPF滤波后

ia2Iksin(kwtk)
k得出直流分量，再经运算后得到三相基波分量。LPF
ib2Iksin(kwt2/3)k(8)选取Butterworth数字滤波器。显然，运算方式准确
k
地计算出了基波分量，它们与原始信号相加减便可
ic2Iksin(kwt2/3)k
k准确地计算出谐波分量。
将式(8)代入(7)得2自适应谐波检测方法
2.1原理[2]
i
pcos[(1k)wtk]
3Ik(9)含有谐波的电流作为原始输入，把电网中的谐
iqksin[(1k)wtk]
波电流分量ik看作要检测出来的信号，把基波i1看

k3n1(n)（n为整数）成噪声，根据正弦函数的正交特性，可知ik与i1是
式(9)经LPF滤波后可得不相关的，基波分量与电流中的有功分量是同相位
的正弦波，因此把幅值减小后的电网电压的基波分
ipfcos1
3I1(10)量移项90度作为相互正交的两个参考输入，通过对
iqfsin1
其移项加权，使其最终与负载电流中的基波在幅值
和相位上一致，然后减去此基波分量，电路输出将