电网谐波电流检测方法综述_帅定新

最早的谐波检测是采用模拟滤波器实现的 , 该检测方法的优点是电路结构简单 , 造价低 , 输出 阻抗低 , 品质因素易于控制 。 其缺点有 :1)滤波器 的中心频率对元件参数十分敏感 , 受外界环境影 响较大 , 难以获得理想的幅频和相频特性 ;2)当电 网频率发生波动时 , 不仅影响检测精度 , 而且检测 出的谐波电流中含有较多的基波分量 ;3)要求有 源补偿器的容量大 , 运行损耗也大 ;4)只能区分负
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电气传动 2008 年 第 38 卷 第 8 期
与运算 , 畸变电压的谐波成分在运算中不出现 , 因 而它在电源电压畸变情况下也能准确检测出谐波 电流 , 而 p-q 法在这种情况下则误差较大 。
图 1 i p-i q 谐波检测框图 Fig .1 T he s tru ct ure of i p-i q met hod
作者简介 :帅定新(1979-), 男 , 博士研究生 , Em ail :shuaidingxin @sohu .com
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载电流中不同的频率分量 , 无法将基波有功和无 功电流相分离 。 目前己较少采用 。 2 .2 基于 Fryze 传统功率定义的谐波电流检测
方法[ 3] 该方法的基本原理是将负载电流分解为两个 正交分量 :一个是与电网电压波形完全一致的电 流分量 , 称为有功电流分量 ;另一个分量为负载电 流与有功电流的差值 , 包含基波无功和谐波 , 称为 广义无功电流分量 。 该方法的主要缺点是必须计 算负载的有功功率和电网电压的有效值 , 这需要 对电网电压和负载电流的乘积以及电网电压信号 的平方进行积分运算 , 再加上其它运算电路所需 的计算时间 , 用该方法计算出广义无功电流瞬时 值至少有一个周期以上的时间延迟 , 故不适用于 频繁变化负载的补偿 。 而且 , 这种方法仅仅区分 有功电流和广义无功电流 , 却无法将基波无功和 谐波电流从基波电流中分离出来 , 因此这种方法 只能适用于全补偿的场合 , 对于需要将基波无功 电流和谐波电流分别补偿的情况 , 该方法无法应 用 。 文献[ 4] 以 F ry ze 非正弦单相系统下的功率 定义为指导思想 , 将其进行扩展 , 得到三相系统的 非正弦周期电流的时域分解方法 , 同时提出动态 平均功率和电压有效值的计算方法 , 消除了一般 意义上的一个周期的延时 。 2 .3 基于瞬时无功功率理论的谐波检测法 三相电路瞬时无功功率理论首先由日本学者 H .A kagi(赤木泰文)于 1983 年提出 , 最初以瞬 时实功率 p 和虚功率 q 的定义为基础即 p-q 理 论 , 后又补充定义了瞬时有功电流和瞬时无功电 流等物理量 , 瞬时无功功率理论逐渐完善 。目前 在有源电力滤波器中 , 基于该理论的谐波检测法 应用最多[ 1] 。 2 .3 .1 基于 abc-αβ0 静止参考坐标 变换的谐波
现有的电网谐波电流检测方法主要有 :1)模 拟带通或带阻滤波器谐波检测 法 ;2)基于 F ry ze

传统功率定义的谐波电流检测方法 ;3)基于瞬时 无功功率理论的谐波检测法 ;4)基于傅立叶变换 的谐波检测方法 ;5)同步检测法 ;6)单位功率因数 谐波检测法 ;7)基于正弦函数正交特性的谐波检 测法 ;8)基于采样保持原理的谐波检测法 ;9)基于 自适应干扰抵消原理的自适应闭环检测法 ;10)基 于小波变换的谐波检测法 ;11)基于神经网络的谐 波检测法 。本文对 3)、4)、9)、10)、11)等主要的 谐波检测方法进行了重点论述 。 2 .1 模拟带通或带阻滤波器谐波检测法[ 2]
针对三相 4 线制系统存在中线电流的情况 ,
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韩国学者 H y osung Ki m 在 p-q 法基础上提出了 基于三维坐标变换 的 p-q-r 谐波检测 法[ 5 , 6] 。 在 三相 4 线制电路中 , 该方法可以检测出系统的谐 波电流及中线电流 。 在电网电压无 畸变的情况 下 , 其补偿效果好 ;但对于电网电压不对称或有畸 变的情况下 , 存在补偿不完全现象[ 7] 。 针对这种 现象 , 文献[ 8 , 9] 采用前置滤波的方法消除了电网 电压畸变 的影 响 , 达到 较好 的补 偿效 果 。 文献 [ 10] 通过频谱分析 , 指出在 p-q-r 法中由于 i p , iq 只含有 3k 次谐波 , 可采用重采样方法来减小计算 量 , 提高计算速度 。 2 .3 .2 基于同步参考坐标变换的方法 2 .3 .2 .1 d-q 法
1 引言
交流电力系统自诞生起 , 在产生基波电量的 同时就伴有谐波问题 。随着电力电子技术的飞速 发展 , 各种电力电子装置在电力系统 、工业 、交通 及家庭中的应用日益广泛 , 加剧了对电网的污染 , 产生了大量的谐波 。 谐波所造成的 危害日趋严 重 , 由电网谐波引起的电能质量问题受到重视 。
需要注意的是 :通过 比较 d-q 法 与 i p-i q 法 , ip-i q 法和 d-q 法中瞬时有功电流相同 , 瞬时无功 电流互反 , 从 二者的定义可以看出 , ip-i q 法中 i q 滞后 i p 90°, 而 d-q 法中 i q 超前 i p 90°, 可见两种方 法实际是一致的 , 只是检测用到的变换环节不同 , 可能造成的延时误差有异[ 14] 。 因此该方法是一 种改进的 d-q 法 , 所不同的是其变换角度有所差 别 。 文献[ 15] 用积分 、延时和增益环节代替传统 的低通滤波器 , 将检测延时减少到 1/ 6 电源周期 。 ip-i q 法在同时检测谐波和无功时 , 检测精度与锁 相环的锁相准确程度有关 , 文献[ 16] 由于节省了 锁相环电路 , 使检测电路更加简洁 , 并可以避免电 网频率偏移的影响 , 从而使检测更加灵活方便 。 2 .3 .2 .3 基于广义 dk-qk 旋转坐标变换的谐波
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电网谐波电流检测方法综述
帅定新 , 谢运祥 , 王晓刚 (华南理工大学 电力学院 , 广东 广州 510640)
摘要 :电网谐 波电流检测方法众 多 , 特点不 一 , 有必 要对各种方法的综合 性能作全面深入比 较和分析 , 以 便应用在不同要求的实际系统中 , 充分利用每一 检测方法的优点 。 介绍和分析现有谐波电流检测方法及其检 测精度 、速度 、延时 、实时性和适用场合 。 分析了各种改 进谐波电流 检测方法 的优缺点 。 最后 , 展望 了电力 系 统谐波检测方法的发展趋势 。
电力系统中谐波的实际测量结果是谐波问题 研究的主要 依据 , 是研 究分析问 题的出 发点[ 1] 。 电力系统谐波电流检测方法有许多种 , 有必要对 各种检测方法做一比较 , 以便充分利用每一检测 方法的优点 。本文介绍和分析了现有谐波电流检 测及其改进方法 , 并对其发展趋势做出了展望 。
2 电网谐波电流检测的主要方法
该方法基于 Park 变换 , 经过 P ark 变换 , 第 n 次正序分量变 为 d-q 坐标系下的第(n -1)次分 量 ;第 n 次负序分量变为 d-q 坐标系下的第(n + 1)次分量 。d-q 坐标系下的电流直流分量对应为 正序基波电流 , 其余对应谐波和负序电流 。通过 低通滤波器(L PF)将直流分量和交流分量分离 , 将分离后的交流 再经 d-q 反变 换即可得 参考电 流 。 为获得同步参考信号需要 P L L , 同时由于分 离直流量采用了滤波器 , 由此导致时延 。该方法 实时性好 , 适用于电网电压畸变和不对称 , 可检测 基波电流有功分量 、无功分量和谐波分量 。但对 参数依赖性大 , 为降低谐波检测结果对主要部件 参数的灵敏度 , 文献[ 11] 在低通滤波器之后加入 PI 调节器 , 降低了主要部件参数对谐波检测精度 的影响 , 形 成闭 环反 馈系 统 , 保证 了检 测精 度 ; 降 低了 实际谐波检测 电路的成本 。文献[ 12] 在 d-q 坐 标变 换 检测 法的 基础 上 , 通 过预 先 设定 d-q 变换矩阵的频率 , 从而不要锁相环电路即能 准确检测出负荷电流的基频分量 , 不受电压畸变 影响 , 并能应用于具有不对称负荷的情况 , 节省了 锁相环电路 , 不受频率偏移约束 , 检测电流基波分 量更加灵活 。 文献[ 13] 采用基于移动平均算法的 L PF , 改善了动态响应速度和稳态精度 。 2 .3 .2 .2 i p-i q 法
关键词 :电力电子 ;谐波检测 ;瞬时无功功率 ;自适应 ;小波分析 ;神经网络 中图分类号 :TM 714 .3 文献标识码 :A
Review of Harmonic Current Detecting Methods in Power System
SH U AI Ding-x in , X IE Yun-xia ng , W AN G Xiao-g ang (E lectric Institute , South China University o f Technology , Guangz hou 510640 , Guang dong , China) Abstract :T here a re so many po we r sy stem harmo nic current detecting methods that it is necessa ry to compare v ario us methods thoro ug hly in o rde r to take full advantage of the cha racteristics of each me tho d and fill the requirements of differ ent practice sy stem s.T he ha rmonic cur rent de tecting methods w ere intro duced and analyzed in detecting accuracy , detecting speed , relay , real-time and its applicable situatio n.T he adv antages and disadvantag es o f modified metho ds w ere also po inted o ut, then prese nted the possible trends of the po we r sy stem ha rmonic de tecting methods. Key words:po we r electro nics;ha rmonic detecting ;instantaneous reactive powe r ;adoptive ;wavelet analysis;neural ne tw o rk