谐波与无功电流检测技术的分析与研究

谐波与无功电流检测技术的分析与研究

张平

(鲁东大学电子与电气工程学院，山东烟台2025)

脯要】谐波和无功电流检测技术对有源电力滤波器的性能起决定巨的作用，本文对目前谐波和无功电流检测技术作了详细分析和研究。

鹾罐词]谐波；无功电流；检测技术

随着大量非线性负载在电网中的应用，电网的谐波谐波抑制和无

功补偿越来越引起人们的重视，各种谐波和无功电流检测方法不断出现。早期的检测方法有基于Fryze功率定义的俭测方法及用模拟带通滤

波器检测方法等，这些方法缺点明显，不再讨论。现在主要的研究方向

为基于瞬时无功理论的检测方法、基于DFT，FFT检测方法、小波变换方法、自适应谐波电流检测方法及其与神经网络结合的方法等。本文对

各种方法进行了详细的分析和研究。

1基于瞬时无功功率理论的检测法

瞬时无功功率理论采用抽取基波电流的方法，解决了谐波和无功功率的瞬时检测及不用储能元件实现谐波和无功补偿等问题，在三相三线制平衡电路中得到了成功的应用。但当三相不平衡时，要得到基波电

流必须进行两次32，23变换，计算量比较大，但若只要得到基波正序

电流，则原来的ip，iq方式依然适用且实时性好。

对于三相四线制电路电流的检测，最初的处理方法是是在3／2相变换得到a—B相的基础上，再增加一个对应于零序的相，利用这种方法将是检测方法的复杂程度大大增加。但研究表明，基于ip、iq运算

方式的谐波电流检测法在对三相电流进行3，2相变换时。三相电流ia、Ib和ic中的零序分量相互抵消，所以三相电流中的零序分量不影响该谐

波电流检测法应用于三相四线制电路。

用混合有源滤波器对任意次谐波电流进行检测，该方法是建立在

ip．．．iq法的基础上，是通过增加预置补偿角，对数字控制器产生的时间延迟做出补偿，实现谐波的实时补偿。

采用同步检测法代替瞬时无功功率理论用于不平衡三相系统中无

功和谐波电流的补偿，从功率平衡的角度确定补偿电流，但是当三相电压不对称且含畸变时该方法会使补偿后的电流和电压波形一致，同样含有畸变成分和不对称分量，导致电网不对称状况的恶性循环。作者在文

献中提出了一种能适用于-：l}正弦、非对称三相电路的F步旋转坐标系下广义瞬时无功功率和广义瞬时无功电流的新定义，并且给出了各种电

流分量的测量方法，可有效地检出三相广义瞬时无功电流。并可分离出三相瞬时有功电流、基波正序瞬时无功电流和基波不对称及高次谐波瞬时无功电流。

另外，基于瞬时无功检测方法中的滤波器对计算精度影响较大，

一些改进方法是针对如何提高滤波器精度提出的，如采用复化积分提高

检测直流分嚣的计算精度，用Hamming窗消除直流分謇检测过程产

生的频谱泄漏。

2一种新型基于时域的谐波电流检测算法

传统的基于DFT的谐波电流检测算法需要一个工频周期的延时，文献在传统基于DFT的电流检测算法的基础上，提出一种基于时域变换的谐波电流检测算法，该算法物理意义明确，可以方便、快速、准

确、灵活地检测出基波有功、基波无功、基波正序、基波负序、基波正序有功、指定次谐波等，从而可以使有源电力滤波器能够适应多种补偿

场合：当特定次谐波电流比较大且对电网影响比较大时，为了降低APF的容量，可以设定为只补偿指定次谐波而不对其他次谐波、无功、负序

进行补倦当谐波电流在APF额定容量之内时，则对25次以下谐波进行

全补偿赧用户需要APF还可以对无功和基波负序进行补偿。

3小波变换

法

小波变换是相对于DFT／FFT

法的缺点提出的，小波变换主要性

能是它的“聚焦”性能。它能将谐波信号中各种不同频率成分分解在相应的时空域，并给出不同频率正弦波的相位。小波分析方法具有多尺度分析和时频局部化特性，特别适用于边缘和峰值突变信号的处理和特征抽取，适合作为谐波检测和分析，现在已有的算法包括：基于小波包的算法，正交小波变换分析，离散和连续小波包结合的方法，基于小波变换的用KALMAN滤波，快速傅里叶变换和连续小波变换算法相结合等

算法。与DFT／FFT算法相比，检测结果具有较高的精度。

4自适应电流检测法

以上各方法各有其缺点，其检测性能都受外界条件变化的影响，

没有自适应性。基于自适应干扰对消原理的自适应谐波检测方法可以克服以上缺点，它以电源电压作为自适应滤波器的参考输入，输出量为电流基波有功分量的逼近值，从原电流中将其减掉即可得到谐波和无功电流分量，该方法系统的中心频率唯一决定于参考输入频率，对元件特性和外界环境依赖不大。因此只要保证输入信号不超过其线性动态范围，

系统就能正常工作。当电网电压畸变、电源频率发生小范围漂移时，自

适应谐波电流检测电路依然能够准确的检测出实际电流波形。

5神经网络自适应谐波电流检测法

该方法采用人工神经网络与自适应电流检测相结合的方法，利用

神经网络的强大的非线性映射和自适应功能取代自适应电流检测方法的自适应滤波器。采用单层神经网络时，自适应调整的学习率选择困难，

所以一般选择多层神经网络，分别选择各层的学习率，不但检测速度快，跟踪效果好而且计算置也小。

6结论

本文分析和研究了目前谐波和无功电流检测的各种方法，阐述了

各种方法的特点。

作者简介：张平，男，1981年生，工学硕士，2007年7月毕业于山东大学电气工程学院。现就职于鲁东大学电子与电气工程学院，研究方向为电力电子技术在电力系统中的应用。

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