基于PO法的谐波电流与无功电流检测方法没计
【摘要】抑制谐波和提高功率因数是涉及电力电子技术、电气自动化技术和电力系统的一个重大课题。本文首先对谐波的危害进行了简述，分析了谐波的定义，重点讨论了三相瞬时无功功率理论，并对以此为基础的谐波电流检测法PQ法进行了理论分析和仿真验证。
【关键词】功率因数；谐波抑制；瞬时无功功率
0 引言
电力电子技术在推动电力系统发展，灵活高效地利用电能的同时，其设备又成为电力系统中最主要的谐波源，同时消耗无功功率[1-2]。谐波的危害是多方面的，主要体现在：1）对供配电线路的危害：主要是影响线路的稳定运行和电能质量；2）对电力设备的危害：包括对电力电容器的危害、对电力变压器的危害和对电力电缆的危害；3）对用电设备的危害：包括对电动机的危害、对低压开关设备的危害和对弱电系统设备的干扰。4）对人体和电力测量准确性的影响：目前采用的电力测量仪表当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁，给周围的电器环境带来极大影响并对人体健康存在潜在危害，被公认为电网的危害和人体生命的杀手。
1 电力谐波的定义
目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍[3]。以正弦波电压为例，可以表示式（1）：式中U是电压有效值，θ是初相角，ω是角频率，T为周期；对于周期为T的非正弦波信号，在满足狄里赫利的条件下，可分解为如式（2）的傅立叶级数。
2 基于PQ法的谐波电流和无功电流检测设计
2.1 三相瞬时无功功率理论
2.3 PQ检测仿真设计和验证
3 结论
本文以现代电力生活中大量非线形负荷造成的谐波现象为背景，提出了谐波电流抑制这个现实而急切的问题。本文揭示了谐波的产生原因和危害，重点分析了基于PQ法的谐波电流和无功电流检测法。该方法主要是将三相电流电压通过帕克转换到两相坐标上，利用向量的有关性质，在坐标系中可得到电源电流与两相电流的关系以及电源电压和两相电压的关系，从另一侧面表达出电流与功率的关系，将无功功率与有功功率分开来分析。最后以一三相电轮为实例作出仿真设计，证明了PQ法在同时检测谐波电流和无功电流时具有无延迟性。
四种相位的测量方法（无功功率） 一、无功功率概念的历史发展 最早的无功功率概念是建立在单相正弦交流信号的基础上。 设某线路的电压 ，电流，则 有功功率为 ，无功功率为。U 、I,分别为电压与电流的有效值。 随着半导体行业和电力工业的发展，各种整流器件、换流设备以及其他非线性负载大量安装与电力系统中，使原有的无功功率定义在工程运用中非常不方便。 现在人们对正弦信号无功功率有了新的理解。 假设某单相线路的电压为 ，电流为，则将按照与平行和垂直两个方向分解为与，那么与的积即为无功功率。 二、无功功率的测量方法 1、替代法 主要使用于无功功率变送器中，用于测量三相平衡电路的无功功率。当三相电路严格平衡对称时，此方法不存在原理性误差。在不对称与存在多谐波的情况下，此方法不适用。 2、电子移相测量法（简称模拟移相法） 多用于比较高级的综合仪器中（多用数字表） 根据三角公式变换??sin 90-cos =?）（，从而把无功功率测量转化为有功功率测量，即转化为求两个向量的内积）（???=??=90-cos U I sin U I Q ??。这已经可以比较方便的测量了。 理想情况下电子移相并不存在原理性误差。但在工程上电容与电阻是实际元件，其值及相应的效应与理想值差距巨大，所以效果并不理想。 3、数字移相测量法 在一个周期内对三相电压、三相电流均匀采样24点至64点（因生产厂家所生产的设备不同而异），然后用电压采样值乘以滞后90度点的电流采样值，做积分运算从而得到一个周期内的平均无功功率 N N N N /)j 4/(i u )j 4/(i u )j 4/(i u Q N 1j C Cj B Bj A Aj ∑=+?++?++?=）（ 式中 j ——代表第j 个采样点 N ——代表一个周期的采样点数，N/4代表1/4个周期 从原理上讲，不存在理论误差。该方法的问题主要在于数字移相的适用性。当被测量是单纯的三相正弦信号，可以通过控制采样点数及其均匀的程度来实现精密的数字移相。但是如果被测信号不是严格的正弦波，有谐波含量、则数字移相就要出现误差。原因在于，数字移相90度是按基波计算的，对于三次谐波而言，则相当于移了270度，对于五次谐波而言，相当于移相90度。所以此时的无功功率测量存在着各次谐波造成的误差。 ）?+=wt sin(2u U ）?+=wt sin(I 2i ?cos UI P =?sin UI Q =→U →I →I →U →1I →2I →U →2I
谐波及无功电流检测方法对比分析 0 引言 APF补偿电流的检测不同于电力系统中的谐波测量。它不须分解出各次谐波分量，而只须检测出除基波和有功电流之外的总的高次谐波和无功畸变电流。难点在于准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流，为有源电力滤波器控制系统进行精确补偿提供电流参考，这是决定APF性能的关键。目前文献已报道运行的三相APF中所使用的几种谐波电流检测方法，除了各自存在的难以克服的缺陷外，共同存在的问题是，由于是开环检测系统，故对元件参数和系统的工作状况变化依赖性都比较大，且都易受电网电压畸变的影响。对单相电路的谐波和无功电流的检测还存在实时性较差的缺点。 本文对目前有源电力滤波器中应用的畸变电流检测与控制方法进行了分析比较，在此基础上，针对APF中只须检测总的畸变电流，反向后注入系统，以抵消或补偿系统中畸变电流，使电网仅提供基波有功电流这一工作特点，从保证APF能最有效地工作出发，综合瞬时无功功率理论检测法的快速性和闭环电路的鲁棒性，提出了基于瞬时无功功率理论的闭环检测方案。从谐波及无功电流开环、闭环检测电路抽象出检测电路的本质（本文称为统一模型），在此基础上，给出了检测电路的优化设计方案，研究了检测系统中等效低通滤波器的阶数与截止频率对检测精度与快速性的影响，推导了统一模型下闭环检测电路的实现。最后，通过实验加以验证。 1 基波幅值检测原理 设单相电路中的电源电压为 u s= U sin t（1） 非线性负荷电流为 i L(t)=i f(t)＋i h(t)=i fp(t)＋i fq(t)＋i h(t)=i fp(t)＋i c(t)（2） 式中：i f(t)为i L(t)的基波电流； i h(t)为i L(t)中高次谐波电流； i fp(t)，i fq(t)分别为基波电流的有功分量和无功分量； i c(t)为要补偿的谐波和无功电流之和，称为畸变电流。 因为，负荷电流中的基波有功分量必定是一个初相角与电网电压相同，角频率为基波角频率ω的正弦波，所以，我们可以设负荷电流的基波有功分量为 i fp(t)=A sin t（3） 若能求出A的大小，则可由式（3）得出基波有功电流的表达式。
三相无功功率的测量方法 发电机及变压器等电气设备的额定容量为S=UI,单位为伏安。在功率因数较低时，即使设备已经满载，但输出的有功功率却很小（因为P=UIcosφ），不仅设备不能很好利用，而且增加了线路损失。因此提高功率因数是挖掘电力系统潜能的一项重要措施。电力工业中,在发电机、配电设备上进行无功功率的测量，可以进一步了解设备的运行情况，以便改进调度工作，降低线路损失和提高设备利用率。测量三相无功功率主要有如下方法。 1. 一表法 在三相电源电压和负载都对称时，可用一只功率表按图4-1联接来测无功功率。 将电流线圈串入任意一相，注意发电机端接向电源侧。电压线圈支路跨接到没接电流线圈的其余两相。根据功率表的原理，并对照图4-1，可知它的读数是与电压线圈两端的电压、通过电流线圈的电流以及两者间的相位差角的余 弦cosφ的乘积成正比例的，即P Q =U BC I A cosθ (4-1) 其中θ =ψ UBC –ψ iA 图4-1 由于uBC与uA间的相位差等于90度(由电路理论知)，故有θ=90o-φ式中φ为对称三相负载每一相的功率因数角。在对称情况下UBC IA 可用线电压U1及线电流I1表示，即 PQ=U1I1cos(90o-φ )=U1I1sinφ (4-2) 在对称三相电路中，三相负载总的无功功率Q =√3 U1I1sinφ (4-3) ∴ 亦即Q=√3PQ (4-4) 可知用上述方法测量三相无功功率时，将有功功率表的读数乘上√3/2 倍即可。 2. 二表法
用两只功率表或二元三相功率表按图4-2联接，从功率表的作用原理可知，这时两个功率表的读数之和为 PQ=PQ1=PQ2=2U1I1sinφ(4-5) 较式(4-3) (4-5) 知(4-6) Q=√3PQ/2 图4-2 从上式可见将两功率表读数之和（或二元三相功率表的读数）乘以√3/2，可得到三相负载的无功功率。 3. 三表法 三表法可用于电源电压对称而负载不对称时，三相电路无功功率的测量，其接线如图4-3所示。当三相负载不对称时，三个线电流IA、IB、IC不相等，三个相的功率因数角φA 、φB 、φC 也不相同. 图4-3 因此，三只功率表的读数P 1、P 2 、P 3 也各不相同，它们分别是:4-3 (1) P 1=U BC I A cos(90o-φ A )=√3U A I A sinφ A (2) P 2=U CA I B cos(90o-φ B )=√3U B I B sinφ B
三种谐波和无功电流检测算法的综合性能比较 王冲，解大，陈陈 (上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海市 200240) 摘要：有关谐波和无功电流的检测方法，学界提出了三种主流算法，即 p-q法、i p -i q 法和自适应电流检测法。一般文献只对算法某些方面的性能进行探 讨，并未就算法的稳态和动态滤波性能进行综合研究。本文将对这三种算法的综合滤波性能对比研究，并给出各种典型的复杂谐波状况下的仿真验证。 关键词：谐波检测；无功补偿；电力有源滤波器 0引言 电力电子技术的快速发展使得非线性装置在工业界广泛使用，随之产生的谐波污染问题也日益严重。高次谐波和无功电流的补偿已成为电力电子学和现代电力系统中亟待解决的问题。目前，有源滤波器(Active Power Filter)技术可视为最有效和最具潜力的方案。而其谐波和无功电流检测技术是整个方案的关键之处，能否快速精确的检测出需补偿的分量，并具有良好的动态跟踪性能，直接决定了装置的整体滤波性能。 谐波和无功电流检测方法一般有： (1)基于频域分析的FFT方法。原理是将谐波分量分解再合成出总的谐波分量，其特点是速度慢，且对高次谐波检测的效果不佳，同时无法检测出无功分量。 (2)用模拟带通滤波器或陷波器检测高次谐波电流。由于滤波器的中心频率固定，当电网频率波动时，滤波器效果将随之变差。此外，滤波器的中心频率对元件的参数十分敏感，这样较难得到理想的幅频特性和相频特性。同样，该法也不能分离出无功电流。 (3)基于“瞬时无功功率理论”的电流检测法。自1983年日本学者赤木泰文 提出该理论［1］以来，已发展出成熟的算法，即p-q法和i p -i q 法。理论上可检测
谐波电流计算公式是什么？ 谐波含量计算： 测试时最好测出设备较长时期运行时最大的谐波电流，其和产生谐波电流的负载投入有关，若产生谐波电流的负载全部投入，测试的数据是比较准的。 A、咨询现场工程人员，此时产生谐波的负载是否全部满负荷运行，产生谐波的负载就是非线性负载，变频器，整流设备，中频炉等。测试时现场工程人员应该知道同类的非线性负载投入了多少，所以一定问清楚，自己也可以通过配电盘看一下同类的设备投入了多少，最终目的就是能够知道我们此次测试的谐波电流含量是否为其真正的谐波含量，否则按比例推算。譬如我们测试时同类设备只有一半运行，毫无疑问我们的测试报告要对其进行说明，并且推算出其真实的谐波含量应该乘以2。 B、数据测试完后，若测试数据已经完全反映了实际现场可能出现的最大谐波含量，如下图： 将测试的0min----30min的数据计算出来，如上图是0min----2min，其THDA （平均畸变率）为9.4%，Arms为1.119KA，那么其计算的谐波含量为105.186A，0min----30min的数据全部计算完后，取出最大值既是我们需要的最大谐波含量，那么选取1台100A的设备即可满足谐波补偿要求。 无功功率补偿计算： A、咨询现场工程人员，或者调用其原始功率因数数据，因为功率因数是考核指标，主要咨询两个问题，一是功率因数长期基本上是多少，二是在此功率因数时长期负载电流I多大，通过公式计算出P的值，然后计算出需要补偿的无功功率，无功功率计算公式为，——对应cosφ前的正切值，——对应cosφ后的正切值。 B、数据测试完后，若测试数据已经完全反映了实际现场可能出现的最大无功补偿量，如下图所示： 将测试的0min----30min的数据计算出来，如上图是0min----2min，其平均功率为P=140KW，补偿前功率因数cosφ前=0.554，若补偿后要求功率因数不低于cosφ后=0.90，那么根据公式其计算的无功补偿容量为142.66KVAR，0min----30min的数据全部计算完后，取出最大值既是我们需要的最大无功补偿容量，那么选取3台100A的设备即可满足谐波补偿要求。
摘要 随着电力电子设备及非线性负载在电力系统中广泛应用，电网中的电压和电流波形畸变也越来越严重。谐波的抑制和无功电流补偿已成为电力电子学和现代电力系统急需解决的问题。这些非线性负荷在工作中时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。而由于无功电流的存在，在传送同样能量的情况下，电流比没有无功的情况下增加，会大量增加系统的铜损，降低线路与变压器的利用率。无功电流检测是对电网无功功率补偿必不可少的部分。本文主要介绍了电流的检测基本原理和从检测电流中分解出无功电流的方法和原理。检测电流包括基波分量和谐波分量，基波分量又包含有功电流分量和无功电流分量，通过滤波可以得到基波电流分量，与原有电流相减就可以得到谐波电流，通过坐标变换可以将基波电流分解成有功电流和无功电流。 关键词：基波谐波有功电流无功电流
目录 摘要I 1 电流检测的意义和基本原理 1 2无功电流的分解方法 2 2.1三相对称电路无功电流检测2 2.2单相电路无功电流检测8 3无功电流检测仿真及分析12 3.1三相对称电路无功电流检测仿真及分析12 3.2单相电路无功电流检测仿真及分析 18 总结与体会23
参考文献：25
无功电流检测研究 1 电流检测的意义和基本原理 电力电子技术的快速发展使得非线性装置在工业界广泛应用，随之产生的谐波污染问题也日益严重。谐波抑制及无功补偿的一个重要手段是电力有源滤波器。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波或无功电流，由补偿装置产生一个与该电流大小相等而极性相反的补偿电流与其相抵消。其中，谐波和无功电流的正确检测是决定补偿效果的重要环节。无功功率Q是既产生附加线损，又对发，配电系统都有影响的量，分析Q 的物理本质，研究它的正确涮量与补偿的方法，是电工理论与电工技术中尚无定论的一个重要课题。无功功率是无功电流引起的，欲了解无功功率，应先了解无功电流。无功电流是导出量，不是基本量，基本量是有功电流。由有功电流不仅可导出无功电流和无功功率，还可以确定无功补偿所需要达到的目标以及无功补偿应采取的方法等。
基于PO法的谐波电流与无功电流检测方法没计 【摘要】抑制谐波和提高功率因数是涉及电力电子技术、电气自动化技术和电力系统的一个重大课题。本文首先对谐波的危害进行了简述，分析了谐波的定义，重点讨论了三相瞬时无功功率理论，并对以此为基础的谐波电流检测法PQ法进行了理论分析和仿真验证。 【关键词】功率因数；谐波抑制；瞬时无功功率 0 引言 电力电子技术在推动电力系统发展，灵活高效地利用电能的同时，其设备又成为电力系统中最主要的谐波源，同时消耗无功功率[1-2]。谐波的危害是多方面的，主要体现在：1）对供配电线路的危害：主要是影响线路的稳定运行和电能质量；2）对电力设备的危害：包括对电力电容器的危害、对电力变压器的危害和对电力电缆的危害；3）对用电设备的危害：包括对电动机的危害、对低压开关设备的危害和对弱电系统设备的干扰。4）对人体和电力测量准确性的影响：目前采用的电力测量仪表当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁，给周围的电器环境带来极大影响并对人体健康存在潜在危害，被公认为电网的危害和人体生命的杀手。 1 电力谐波的定义 目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍[3]。以正弦波电压为例，可以表示式（1）：式中U是电压有效值，θ是初相角，ω是角频率，T为周期；对于周期为T的非正弦波信号，在满足狄里赫利的条件下，可分解为如式（2）的傅立叶级数。 2 基于PQ法的谐波电流和无功电流检测设计 2.1 三相瞬时无功功率理论 2.3 PQ检测仿真设计和验证 3 结论 本文以现代电力生活中大量非线形负荷造成的谐波现象为背景，提出了谐波电流抑制这个现实而急切的问题。本文揭示了谐波的产生原因和危害，重点分析了基于PQ法的谐波电流和无功电流检测法。该方法主要是将三相电流电压通过帕克转换到两相坐标上，利用向量的有关性质，在坐标系中可得到电源电流与两相电流的关系以及电源电压和两相电压的关系，从另一侧面表达出电流与功率的关系，将无功功率与有功功率分开来分析。最后以一三相电轮为实例作出仿真设计，证明了PQ法在同时检测谐波电流和无功电流时具有无延迟性。
谐拨含量： 借助傅立叶级数分解法求出每周波内各次谐拨含量。 ．．．．．．．． 按公式（ 2），计算每周波电压有效值u j。 u j 1 n u i2 n i1 a) 总谐波含量： (u j )2(u j (1) )2 总谐波含量的百分数 =100% ，u j (1)——波形 u j (1) 中的基波含量。 u b)单次谐波含量 = u j ( k)100%,(k 2 ~ 50) j (1) 偏离系数： 求出每周波的基波电压u j (1)，并在其周波各采样点上将采样点上，将采样点上采样电压与 其对应点的基波电压进行比较，取其最大偏差值，则偏差系数=u j 100% 。 u j (1) uj ——每周波各采样点上采样电压与其对应点的基波电压之间的最大偏差值 u jp (1)——每周波基波电压的峰值 对数个周波的偏离系数进行比较，取其最大值。 电压调制： 测取稳态时各周波的正负半波连续最大的三点电压采样值，按抛物线插值法求出其峰值，至少采集一秒钟，共采集N 个周波。 按下述规定求取调制参数值： 电压调制参数的测试，应在电压波形的正负半波中进行，取其最大值。 电压调制量为至少一秒钟（N 个周波）同向峰值的最大与最小之差。 电压调制量 = [u jp]max[u jp ] min [ u jp ]max——N周波中同向峰值电压最大值 [ u jp ]min——N周波中同向峰值电压最小值
波峰系数： 每波电压有效值 u ，以同一周波内连续最大的三个电压采样值，按抛物线插值法求出其 ．．．．．． 峰值电压 u jp，按公式（6）计算其波峰系数： F u jp ， u jp——每周波的峰值电压。u j u 1 m u j2 m j 1 u j 1n u2 n i1i u——平均电压有效值 j ——采样周波数（j 1 ~ m, m100 ）u j——每周波电压有效值 i ——每周波采样点数（i 1 ~ n,n50 ）u i——每点电压瞬时值
谐波的基础知识，什么是基波、谐波、谐波的种类及谐波频率计算 ———谐波的基础知识，什么是基波、谐波、谐波的种类及谐波频率计算 本文介绍谐波的基础知识，什么是基波、谐波、谐波的种类及谐波频率如何计算，哪些设备或电路容 易产生谐波，谐波的影响是什么 1 谐波的基础知识 2 （1）什么是基波？ 3 电力网络中呈周期性变化的电压或电流的频率即为基波（又称一次波），我国电网规定频率是50 Hz 4 基波是50 Hz。 5 （2）什么是谐波？ 6 电力网络中除基波（50 Hz）外，任一周期性的电压或电流信号，其频率高于基波（50 Hz）的，称为 7 电网或电路中，电压产生的谐波为电压谐波； 8 电流产生的谐波为电流谐波。 9 （3）谐波有几种？ 10 整数谐波：指频率为整数（跃1）倍基波频率的谐波，即2、3、4、5、6、7、8、9、10 等次谐波 11 偶次谐波：指频率为圆、源、6、8、10 等偶数倍基波频率的谐波。 12 奇次谐波：指频率为3、5、7、9、11 等奇数倍基波频率的谐波。 13 正序谐波：谐波次数为3k+1（k 为正整数）即4、7、10等次谐波。 14 负序谐波：谐波次数为3k-1（k 为正整数）即2、5、8等次谐波。 15 零序谐波：指频率为3的整数倍基波频率的谐波，例如3、6、9、12、15 次谐次。 16 高频谐波：指频率为圆耀怨kHz的谐波。 17 （4）谐波频率如何计算？ 18 谐波频率越谐波次数伊基波频率例：缘次谐波频率为缘伊缘园Hz越圆缘园Hz，苑次谐波频率为7伊越猿 19 缘园Hz等。 20 （5）哪些设备或电路容易产生谐波？ 21 1）非线性负载，例二极管整流电路（AC/DC）。 22 2）三相电压或电流不对称性负载。 23 3）逆变电路（DC/AC）。 24 4）UPS 电源（PC 机用），EPS 电源（大功率动力用），即不间断电源。
一.谐波电流 一般来说, 理想的交流电源应是纯正弦波形, 但因现实世界中的输出阻抗及非线性负载的原因, 导致电源波形失真。近年来整流性负载的大量使用, 造成大量的谐波电流, 也间接污染了市电, 产生电压的谐波成份. 另外一些市售的发电机或UPS本身输出电压就非纯正弦波, 甚至有方波的情形, 失真情形更严重, 所含谐波成份占了很大的比。 1.谐波的危害 谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。 2.谐波是怎么产生的 一是发电源质量不高产生谐波： 发电机由于三相绕组在制作上很难做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致和其他一些原因，发电源多少也会产生一些谐波，但一般来说很少。
二是输配电系统产生谐波： 输配电系统中主要是电力变压器产生谐波，由于变压器铁心的饱和，磁化曲线的非线性，加上设计变压器时考虑经济性，其工作磁密选择在磁化曲线的近饱和段上，这样就使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波。它的大小与磁路的结构形式、铁心的饱和程度有关。铁心的饱和程度越高，变压器工作点偏离线性越远，谐波电流也就越大，其中3次谐波电流可达额定电流%。 三是用电设备产生的谐波： 晶闸管整流设备。由于晶闸管整流在电力机车、铝电解槽、充电装置、开关电源等许多方面得到了越来越广泛的应用，给电网造成了大量的谐波。我们知道，晶闸管整流装置采用移相控制，从电网吸收的是缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，从而给电网留下的也是另一部分缺角的正弦波，显然在留下部分中含有大量的谐波。如果整流装置为单相整流电路，在接感性负载时则含有奇次谐波电流，其中3次谐波的含量可达基波的30%；接容性负载时则含有奇次谐波电压，其谐波含量随电容值的增大而增大。如果整流装置为三相全控桥6脉整流器，变压器原边及供电线路含有5次及以上奇次谐波电流；如果是12脉冲整流器，也还有11次及以上奇次谐波电流。经统计表明：由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%，这是最大的谐波源。
有源电力滤波器中的谐波检测电路设计 摘要：针对现在有源电力滤波器中谐波检测的缺陷，设计出一种基于DSP、AD756和MAX260等硬件相结合的谐波检测电路。分析了ip-iq谐波电流检测算法，并且在硬件上实现。介绍了硬件结构原理，给出硬件设计框图和谐波检测各部分的程序流程，并研制出谐波检测电路。实验结果验证了谐波检测的快速性和准确性，系统运行稳定可靠，有较好的应用前景。关键词：谐波检测；TMS320F2812；AD7656；PLL；MAX260；C8051F330 对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准 确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。1 装置整体运行原理及相关算法1．1 装置运行原理图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。此时，APF 产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载
一种简单实用的APF谐波电流检测实验系统① 李自成，任明炜，李彦旭 (江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013) 摘 要：现有的多种有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)单相电路谐波电流检测方法，它们的有效性均采用仿真验证，而缺少实验环节。针对此问题，将UA206 A/D数据采集卡通过PCI口与计算机相连，以电源电压和负载电流作为输入信号可以构成一种简单实用的APF谐波电流检测实验系统。该系统具有结构简单、稳定性好、可靠性高、程序设计较为容易等特点。使用此系统对一种基于神经网络的谐波电流检测方法进行了实验，实验证实使用此实验系统可以方便验证所提出的APF谐波电流检测方法的正确性和检测性能。 关键词：有源电力滤波器；谐波电流；实验系统；A/D数据采集卡；程序设计 Simple Practical Experimental Detecting System for Harmonic Current of APF LI Zi-Cheng, REN Ming-Wei, LI Yan-Xu (School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China) Abstract: At present, the validities of many detecting methods for harmonic current of single-phase active power filter (APF) are verified by simulation but without experiments. To solve this problem, a simple practical experimental detecting system for harmonic current of APF is obtained by UA206 A/D data collecting block being joined with computer by PCI port and supply power voltage and load current being regarded as input signals. The system has the characteristics of simple configuration, nice stability, high reliability and easy programmer. Using this system, the experiment of a detecting method for harmonic current based on neural networks is done, and it validates that adopting the system can expediently verify the correctness and detecting performance of the proposed detecting method for harmonic current of APF. Keywords: active power filter (APF); harmonic current; experimental system; A/D data collecting block; programmer 1引言 APF是一种治理谐波和补偿无功的电力电子装置，而谐波电流检测是其关键技术。基于三相电路瞬时无功功率理论的三相电路谐波电流检测方法[1]是得到公认的较为成熟的方法。而对于单相电路，至今还没有一种较为成熟的方法。现在，APF单相电路谐波电流检测方法的研究已成为众多学者关注的一个热点。一般地，认为谐波电流检测属于非线性问题，是比较复杂的。因此，他们纷纷将针对非线性系统的现代控制的最新理论如人工神经网络、自适应控制等用于单相电路谐波电流检测，为此提出了许多新方法，如基于神经元的自适应法[2-4]，基于补偿电流最 ①收稿时间:2010-09-02;收到修改稿时间:2010-09-23小原理的检测方法[5,6]，基于电路模型和神经网络的检测方法[7]等。 这些谐波电流检测方法多采用仿真验证其有效性，而缺少实验环节[3-7]。造成这种结果的主要原因是传统的APF谐波电流检测的实验具有一定的复杂性，其复杂性主要体现在：要设计以微处理器为核心的硬件系统—包括电路板设计、电路板的生产、电路板的调试等；要设计验证检测方案的软件系统—要使用汇编语言或者高级语言(带有高级语言编译器的微处理器开发系统)编程，需要直接对硬件及接口编程，而且不同的微处理器，有不同的指令系统，因此，程序设计较为困难。这些无疑具有一定的难度。而且按照这
电能公式和电能质量计算公式大全 电能公式 电能公式有W=Pt,W=UIt,(电能＝电功率x时间) 有时也可用W=U^2t/R=I^2Rt 1度=1千瓦时=3.6*10^6焦P：电功率 W：电功 U:电压 I:电流 R：电阻 T:时间 电能质量计算公式大全 1.瞬时有效值： 刷新时间1s。
(1)分相电压、电流、频率的有效值 获得电压有效值的基本测量时间窗口应为10周波。 ①电压计算公式： 相电压有效值，式中的是电压离散采样的序列值（为A、B、C相）。 ②电流计算公式： 相电流有效值，式中的是电流离散采样的序列值（为A、B、C相）。 ③频率计算： 测量电网基波频率，每次取1s、3s或10s间隔内计到得整数周期与整数周期累计时间之比(和1s、3s或10s时钟重叠的单个周期应丢弃)。测量时间间隔不能重叠，每1s、3s或10s间隔应在1s、3s或10s时钟开始时计。 (2)有功功率、无功功率、视在功率（分相及合相）
有功功率：功率在一个周期内的平均值叫做有功功率，它是指在电路中电阻部分所消耗的功率，以字母P表示，单位瓦特(W)。 计算公式： 相平均有功功率记为，式中和分别是电压电流离散采样的序列值（为A、B、C相）。 多相电路中的有功功率：各单相电路中有功功率之和。 相视在功率 单相电路的视在功率：电压有效值与电流有效值的乘积，单位伏安(VA)或千伏安(kVA)。 多相电路中的视在功率：各单相电路中视在功率之和。 相功率因数 电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S
谐波、谐波电流、谐波电压三者的意义与区分 电力谐波就是电能中包含的谐波成分，分为谐波电压和谐波电流。接下来主要为大家介绍一下谐波、谐波电流和谐波电压的概念及区分。 一、谐波 谐波是与基波对应的一个概念。 如果有一个频率为f正弦波，那么频率为n f的正弦波就称为f正弦波的n次谐波，而频率为f的正弦波就是基波（含义为基本波形）。例如：我们的电力电压波形为50HZ的正弦波，那么3次谐波就是150HZ的正弦波，5次谐波就是250HZ的正弦波。 用数学的方法可以证明，任何一个周期性波形都可以分解为基波和谐波。因此，当电网电压发生畸变时，就表示其中包含了谐波成分。 图1是包含了5次谐波和7次谐波的波形，5次和7次谐波是工业上最典型的两种谐波。
图1含有5次和7次谐波的畸变波形 如果谐波成分是电流，就叫谐波电流。如果谐波成分是电压，就叫谐波电压。 二、谐波电流 谐波电流是导致变压器过热、电缆过热、跳闸、无功补偿装置烧毁的主要原因。 三、谐波电压 谐波电压是电子设备误动作的主要原因。在处理电子设备受干扰的问题是，更加关注电子设备接入电网的位置的谐波电压畸变率。一般要求电压畸变率小于5%。 四、谐波电流和谐波电压的区分
谐波电流与谐波电压之间的关系是很多人搞不清楚的概念。了解他们之间的关系，对于正确解决电能质量问题十分重要，下面对这两者的关系进行讲解。 谐波电流是谐波的根源，谐波电压是谐波电流的产物。因此，要彻底解决谐波导致的各种问题，就要从控制谐波电流入手。 谐波电压是谐波电流流过线路阻抗时产生的，对于特定的配电系统，谐波电流与谐波电压之间的关系如下（欧姆定律）： 谐波电压=谐波电流×电网阻抗 式中：电网阻抗包括了变压器的阻抗和配电线的阻抗，如图1所示。
LOW CARBON WORLD 2017/12低碳技术无功电流检测方法与SVG控制茉略研究黄实批(广西大学电气工程学院，广西南宁530000) 【摘要】本文分析了无功电流检测方法，介绍了目前几种应用的比较多的几种检测方法，接着分析了SVG控制策略，主要分为电流间接控制和电流直接控制，然后对无功电流检测方法进行了阐述，主要分为三角波比较法和滞环比较法,最后进行了仿真分析，以期为我国无功电流检测与SVG控制提供相关的借鉴和参考。 【关键词】无功电流检测;SVG控制；策略研究 【中图分类号】TM761 【文献标识码】A【文章编号】2095-2066( 2017 )36-0077-03 1引言 随着现代社会迅速发展，重要和精密的设备的应用越来 越普遍，它们的负荷所占比例也越来越大，因此电力部门和用 户对电能质量提出了更高的要求。他们不仅要求供电连续可 靠，还要求供电电压频率穗定、波形良好。然而，由于工业和生 活用电中的感性负荷以及电力系统、各工业部门和家电行业 中的电力电子装置消耗了大量无功功率，因此使得电能质量 明显降低。无功功率的补偿是改善电能质量的重要手段之一， 其在提高功率因数、降低电路损耗、减小设备容量、确保供电 和用电设备的安全可靠运行等方面作用明显。因此，无功补偿 问题的研究具有深远的意义。 2无功电流检测方法 电力系统的谐波检测方法和S V G的无功检测不一样，因 为S V G的无功检测无需将各个高次谐波分量进行分离处理， 只需要得到除去基波电压和有功电流的无功电流总值，也就 是包含畸变电流和各次谐波的电参数，以此为S V G补偿系统 供应相应的补偿指令电流，为系统提供反相的补偿电流，中和 或者弥补系统内部的无功，保持和促进基波有功电流的平穗。 现阶段，对于非正弦电路，无功电流检测的方式主要有四种， 分别为自适应理论无功检测、基于Fryze时域分析法、基于频 域分析的Fourier检测法、基于瞬时无功功率理论的开闭环检 测手段及以上各种检测方式的叠加和完善。下面简要的对上 述几种检测法进行介绍： (1) 基于自适应理论的电流检测，这种检测方法主要是检 测无功电流结构是否为闭环控制，检测的基本原理是基于自 适应算法，对基准信号和输入进行对比分析，以此得到广义的 无功电流，自适应算法和很多种理论进行综合，这个系统也具 有非常好的抗干扰性，在电网频率发生偏移时比较适用，存在 畸变电流及不平衡的状态。但相应速度受到一定的限制，因此 需要完善控制算法。 (2) 基于Fryze时域分析检测方法，这种检测方法将平均功率作为主要的检测方法，其基础思路是分解负栽电流，通过 外围的辅助运算电路以及一个周期的积分积累，使负栽电流 变成两个分量，一个是包含谐波电流在内的无功电流，另外一 个是和电压波形吻合的分量。但是，采取这种方法得出的结果 并不是真正意义上面的瞬时无功，仅仅是通过几个周期延迟 的电流值，所以，S V G补偿系统中采取这种检测方法具有很大 的限制性，必须辅助其他的算法，并且对其进行相应的改进。 (3)频域分析Fourier检测法，目的在于使用快速Fourier 变换获得各次谐波的频域参数，以此来获取相位幅值等相关 的信息，需要进行两次计算，大概有80滋s的时差，虽然这种检 测方法在频谱分析方向操作和谐波检测方向都非常成熟，但 是因为延时比较长的原因，在具体的使用过程中，无法实现很 好的实时追踪。(4)无功电流检测的主要方法是瞬时无功功率理论，这种 检测方法是对传统平均值功率的突破，为无功和谐波的实时 监控提供强大的监视工具，基本原理是变换三相电网的所有 参数，之后再进行计算，将电流点积值、电压记为有功功率，将 电流矢量叉积、电压记为瞬时无功，之后再把这些指令值逆变 为补偿电流，通过交换，得到三相补偿电流。这种检测方法应 用的非常广泛，技术发展的很成熟，有诸多优点，但由于不适 用于单相系统和三相不平衡状态，推广性方面还有待加强。 神经网络无功检测理论于近几年成为新兴的研究方向， 主要依靠的是基本神经元和训练样本的自我学习技能，依据 实际情况，不断的对网络的权重值进行调节，以此确保输出的 可靠性。神经网络中的原始输入，输出和学习因子分别对应于 无功检测系统内的畸变电压和负栽电流，输出的指令无功电 流和功电流的反馈值。它的学习过程就是把电网电流和无功 电流的对比差值，保存在结构和权重中，不断的对输出结构进 行完善和更新，促使其无限的接近最优的无功检测值。若想保 证此检测方法的可靠性，必须训练大量的可靠样本，在此前提 下，检测的精度得以确信，由于神经网络的检测方法自称一 体，因此抗干扰能力极佳，实时并且计算量小，响应速度快。只 是目前的研究还并未成熟，需要进一步理论完善。 3 SVG控制策略 S V G的控制系统是一个包括检测、控制和驱动等多个环 节的复杂系统。一个典型的S V G控制系统的工作过程是:① 检测环节通过C T、P T将电网电流电压和S V G输出的电流电 压输送到检测运算电路，检测运算电路按照给定的算法计算 出需要的信号再传送到控制器中，这些信号称为指令信号。② 控制环节根据给定的控制策略对指令信号进行处理，产生触 发变流器门极的驱动信号传送到驱动电路。③驱动电路将驱 动信号进行功率放大，再加到变流器的门极，控制变流器的导 通与截止，这就完成了对S V G的控制。 根据上述理论介绍可知，S V G对电网的补偿效果是可以 控制的，为了达到改变补偿无功电流值的大小，可以采取控制 S V G的内部参数的措施。所以，对于S V G内部控制变量的控 制策略，对系统的运行效果也起着非常关键的作用。通过制定 合理的控制方案，可以对不同的物理量进行严格的控制，以此 达到最好的控制效果，依据不同的分类依据，将S V G的控制 方式总结如下：基于控制理论的思想，S V G的控制方法主要 有:P I D控制、逆PI控制、PI、神经网、自适应理论等相关的控 制方法。基于控制系统的结构角度，能够分为复合环、开环、闭 环及二者两两结合的控制方式。基于控制的物理量，可以分为 通过反馈环直接依靠P W M技术改变无功电流值的直接控制 法及控制相角变化的间接电流控制法等。 3.1电流间接控制 基于S V G装置无功有功功率的基本表达式，我们可以得 77
谐拨含量： 借助傅立叶级数分解法．．．．．．．． 求出每周波内各次谐拨含量。 按公式（2），计算每周波电压有效值j u 。 ∑== n i i j u n u 121 a) 总谐波含量： 总谐波含量的百分数= %100)()()1(2)1(2?-j j j u u u ，)1(j u ——波形中的基波含量。 b) 单次谐波含量=)50~2(%,100)1() (=?k u u j k j 偏离系数： 求出每周波的基波电压)1(j u ，并在其周波各采样点上将采样点上，将采样点上采样电压与其对应点的基波电压进行比较，取其最大偏差值，则偏差系数=%100)1(??j j u u 。 uj ?——每周波各采样点上采样电压与其对应点的基波电压之间的最大偏差值 )1(jp u ——每周波基波电压的峰值 对数个周波的偏离系数进行比较，取其最大值。 电压调制： 测取稳态时各周波的正负半波连续最大的三点电压采样值，按抛物线 插值法求出其峰值，至少采集一秒钟，共采集N 个周波。 按下述规定求取调制参数值： 电压调制参数的测试，应在电压波形的正负半波中进行，取其最大值。 电压调制量为至少一秒钟（N 个周波）同向峰值的最大与最小之差。 电压调制量=min max ][][jp jp u u - max ][jp u ——N 周波中同向峰值电压最大值 min ][jp u ——N 周波中同向峰值电压最小值
波峰系数： 每波电压有效值u ，以同一周波内连续最大的三个电压采样值，按抛物线插值法．．．．．．求出其峰值电压jp u ，按公式（6）计算其波峰系数：j jp u u F = ，jp u ——每周波的峰值电压。 ∑==m j j u m u 1 21 ∑==n i i j u n u 1 21 u ——平均电压有效值 j ——采样周波数（100,~1≥=m m j ） j u ——每周波电压有效值 i ——每周波采样点数（50,~1≥=n n i ） i u ——每点电压瞬时值
谐波(harmonic wave)，从严格的意义来讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波，这时“谐波”这个词的意义已经变得与原意有些不符。正是因为广义的谐波概念，才有了“分数谐波”、“间谐波”、“次谐波”等等说法。 谐波产生的原因主要有：由于正弦电压加压于非线性负载，基波电流发生畸变产生谐波。主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变器等。 谐波原因在理想的干净供电系统中，电流和电压都是正弦波的。在只含线性元件(如：电阻)的简单电路里，流过的电流与施加的电压成正比，流过的电流是正弦波。 用傅立叶分析原理，能够把非正弦曲线信号分解成基本部分和它的倍数。 在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。由于半导体晶闸管的开关操作和二极管、半导体晶闸管的非线性特性，电力系统的某些设备如功率转换器会呈现比较大的背离正弦曲线波形。 谐波电流的产生是与功率转换器的脉冲数相关的。6脉冲设备仅有5、7、11、13、17、19 …。n倍于电网频率。功率变换器的脉冲数越高，最低次的谐波分量的频率的次数就越高。 其他功率消耗装置，例如荧光灯的电子控制调节器产生大强度的3 次谐波( 150 赫兹)。 在供电网络阻抗( 电阻) 下这样的非正弦曲线电流导致一个非正弦曲线的电压降。在供电网络阻抗下产生谐波电压的振幅等于相应谐波电流和对应于该电流频率的供电网络阻抗Z的乘积。次数越高，谐波分量的振幅越低。 只要哪里有谐波源那里就有谐波产生。也有可能，谐波分量通过供电网络到达用户网络。例如，供电网络中一个用户工厂的运转可能被相邻的另一个用户设备产生的谐波所干扰。 谐波设备类型
谐波检测电路设计 对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。 设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。 1 装置整体运行原理及相关算法 1．1 装置运行原理 图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。此时，APF产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量，从而达到滤波目的。 有源电力滤波器检测模块的工作框图如图2所示。6路电流信号包括三相电流ia、ib、ic以及由APF发出的补偿电流，这6路电流信号经霍尔电流传感器变换后，在高精度取样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，霍尔电流传感器采用LEM公司生产的LA55-P，采用这种霍尔传感器加高精度取样电阻的方式，可以获得更好的抗干扰能力，模拟信号变换的精度更高。 直流母线电压信号经霍尔电压传感器变换后，由于对直流母线电压的精度要求不高，就不再进行信号调理而直接进入A／D芯片的模拟信号输入通道。 A／D采样启动信号也可以由DSP内部的定时器发出，但是由于电网频率会有所波动，而定时器的计时周期并不会随电网的频率变化而变化，使用内部定时器作为A／D启动信号时，会影响到瞬时无功算法的精度，使用了锁相倍频电路发出的12．8 kHz方波作为A／D 芯片采样控制信号。 在谐波计算当中，需要用到采样点的电角度所对应的正、余弦值，由于将电网频率256倍频，也就是在一个电网电压信号周期内要采256个点，每个点对应角度的正、余弦值已经计算出来，并存储到了非易失性铁电存储器当中。每次DSP启动后，会预先把正、余弦表从铁电存储器中读取到内存中，节省查表时间。