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一种单相无功和谐波电流的检测方法谭颖婕;陈业伟;程志键;林川璐;苟黎明;王聪【摘要】无功和谐波补偿装置在工业中有许多的应用,有效检测无功和谐波电流是进行补偿的前提.基于DQ分解法的瞬时功率理论在三相电路的无功和谐波检测中已有成熟的应用,但是单相电路的无功和谐波电流的检测依然没有很好的办法.该文提出了一种基于单相电路瞬时功率理论的单相电路无功及谐波电流检测方法,通过数学关系推导说明了无功和谐波电流的分解原理,并通过Matlab验证了所提内容的正确性和有效性.【期刊名称】《科技创新导报》【年(卷),期】2016(013)032【总页数】3页(P23-25)【关键词】单相;无功;谐波;瞬时功率【作者】谭颖婕;陈业伟;程志键;林川璐;苟黎明;王聪【作者单位】中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083;中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TM93无功和谐波电流对电网有着很多危害,有效的电网无功和谐波电流检测在无功和谐波治理中意义重大[1-2]。
单相电路中,一直没有很好的无功和谐波电流检测方法。
文献[3]涉及一种基于三相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法,文献[4]将其与一种基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法进行比较,并指出后者具有更好的检测精度和更少的计算量优点。
但是文献[4]所提的基于单相电路瞬时功率的谐波检测方法实质上只是用电网电流减去检测出的有功电流,并没有考虑谐波电流和无功电流的分解。
该文在文献[4]基础上,对所涉及的谐波电流检测进行改进,给出了基于单相电路瞬时功率理论的单相电路无功和谐波电流的分解方法,对所提谐波和无功电流检测原理进行了简单的数学推导验证,给出了无功和谐波检测具体实现的Matlab框图,并通过将其应用在SVG系统中,成功实现对电源无功和谐波电流的补偿,验证了所提无功和谐波电流分解方法的正确性。
基于瞬时无功功率的电网谐波检测算法仿真研究摘要：本文论述了基于三相瞬时无功功率理的检测谐波的方法。
详细描述了瞬时无功功率中的ip-iq算法，并使用MATLAB中的SIMULINK仿真工具对本文算法进行论证，仿真表明了本文算法的有效性和实用性。
关键词：瞬时无功功率理论；ip-iq算法；谐波检测；仿真1、绪论现今的科技发展迅速，电力用户对电能的质量要求非常严格。
然而，电力系统网络存在复杂度高，容易受到扰动等问题。
因此，如何给电力用户提供高质量的电能和绿色的用电环境，同时实现可持续发展，是急需解决的问题。
其中，如何减少电网中的谐波，是提高电能质量的关键问题。
一般而言，可以使用谐波检测算法对电网中的电流谐波进行，再根据谐波检测的结果使用有源电力滤波器对电网中的谐波进行滤除。
常见的谐波检测方法有：带通滤波器法，快速傅里叶分解法，小波包分解法以及瞬时无功功率法等等。
其中，瞬时无功功率法由于其快速性和准确性，并且不会受到电网电压畸变等优势，受到了学者们的普遍关注。
鉴于此，本文对瞬时无功功率中的ip-iq算法进行研究，详细描述了算法的实现步骤。
并采用MATLAB/SIMULINK对其进行仿真，其结果表明了本文算法的有效性和实用性。
2、瞬时无功功率理论中的ip-iq算法根据ip-iq算法进行谐波检测的有源滤波器检测部分的原理如图1：图1：法检测原理图其中数学推导式如下：（1）（2）其逆变换为：（3）瞬时有功电流和瞬时无功电流可分解为直流分量和交流分量，如下式：（4）再经过低通滤波器（LPF），滤除交流分量，剩下直流分量，再经过反变换，可得到检测电流的基波分量：（5）谐波电流之和等于检测电流减掉基波分量。
同理，当需要检测谐波电流和无功电流时或只需检测无功电流时，可以断开计算的通道，只对进行反变换。
由于在ip-iq算法中矩阵C 中只含有a相电压的正弦、余弦信号，并不含其电压幅值，也就是只有正弦、余弦信号参与运算。
故电压值的改变对这种检测方法没有影响。
两种基于瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法的比较研究李自成，孙玉坤，朱志萤（江苏大学电气信息工程学院，江苏镇江212013）摘要：基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）和基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法都是基于瞬时功率理论的有源电力滤波器谐波电流检测方法，而后者比前者简单许多。
为了弄清楚后者的检测性能，根据这两种方法的MATLAB仿真模型，建立了对它们的检测性能进行比较的MATLAB仿真模型。
在此基础上，对它们进行了仿真比较。
比较发现：在电源电压无畸变时，当负载电流处于稳定状态时，后者的检测精度略低于前者，而当负载电流处于变化状态时，这两种方法都能够平滑地跟踪基波有功电流幅值，它们的动态响应时间无明显差别；在电源电压发生畸变时，后者的检测精度明显地低于前者；在电源频率发生变化时，后者的检测精度明显地高于前者。
关键词：有源电力滤波器；谐波电流；瞬时功率理论；低通滤波器；MATLAB仿真模型；检测精度中图分类号：TM93文献标识码：A文章编号：1001-1390（2009）08-0033-06Comparison Research on Two Harmonic Current Detection Methods of Single-phase Circuit Based on Instantaneous Power TheoryLI Zi-cheng，SUN Yu-kun，ZHU Zhi-ying（College of Electrical and Information Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang212013，Jiangsu，China）Abstract：The harmonic current detection method of single-phase circuit based on the instantaneous reactive power theory of three-phase circuit（the method2which has the shortest time delay）and the harmonic current detection method of single-phase circuit based on the instantaneous power theory of single-phase circuit are two harmonic current detection methods for active power filter based on instantaneous power theory，and the latter is much simpler than the former.For the sake of making clear the latter’s detection performance，according to the MATLAB simulation models of the two methods，the MATLAB simulation model of comparing the two methods is created.On the basis of this，simulative comparisons between the two methods are done.The comparisons find:when the source voltage has no distortion，the detection precision of the latter is a bit lower than that of the former when the load current is placed in stable state，and they can smoothly track the amplitude of the fundamental active current and their dynamic-responding-times have no obvious difference when the load current is place in mutative state;when the source voltage has distortion，the detection precision of the latter is clearly lower than that of the former;when the frequency of the power supply shifts，the detection precision of the latter is clearly higher than that of the former.Key words：active power filter，harmonic current，instantaneous power theory，low pass filter，MATLAB simulation model，detection precision0引言有源电力滤波器是一种具有应用前景的治理谐波与补偿无功的新型电力电子装置，而谐波电流检测是有源电力滤波器的关键技术。
1984年，日本学者H Akagi等提出了著名的三相电路瞬时无功功率理论[1]，此后，这一理论被不断完善[2，3]。
现在，对于三相电路，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是被实际应用所证实的具有应用价值的33--得到公认的较为成熟的方法。
而对于单相电路，至今还没有一种公认的较为成熟的方法。
因此，有源电力滤波器单相电路谐波电流检测方法的研究一直是国内外众多学者关注的一个热点。
现在，已经提出了多种有源电力滤波器单相电路谐波电流检测方法[4-15]，基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）和基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法就是其中两种基于瞬时功率理论的检测方法。
前者以三相电路瞬时无功功率理论为依据；而后者以单相电路瞬时功率理论为依据，它具有电路结构简单，计算量小等特点。
文献[16]指出：基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法与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都是建立在三相电路瞬时无功功率理论基础之上的，它们在本质上是一致的，前者源于后者，因此，前者与后者在检测精度，动态性能，电源频率变化对它们的检测精度的影响等方面是相同的，甚至前者（如延时最短的方法2）在一些方面优于后者，而后者是已经得到应用的公认的较为成熟的三相电路谐波电流检测方法。
所以，可以将基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）作为单相电路谐波电流检测的一种参考方法。
文献[16]建立了此方法的MATLAB仿真模型并对其进行了仿真研究。
为了弄清楚基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法的检测性能，本文将基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）和基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法进行比较，其意义在于：将这两种方法相比较，若后者的主要性能优于前者，则说明后者具有实际应用价值，它必将在有源电力滤波器中得到应用；若后者的主要性能不如前者，则说明后者没有实际应用价值，没有应用前景，从而没有继续研究的必要；若后者的某些性能优于前者，而某些性能不如前者，则找到了后者存在的问题，从而为后者的进一步研究指明方向。
根据文献[15]建立的后者的MATLAB仿真模型和文献[16]建立的前者的MATLAB仿真模型，建立了对这两种方法的检测性能进行比较的MATLAB仿真模型并对这两种方法进行了仿真比较。
1两种基于瞬时功率理论的谐波电流检测方法1.1基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）文献[14]将三相电路瞬时无功功率理论应用于单相电路谐波电流检测，提出了基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法，其中，延时最短的方法2的谐波与无功电流检测框图如图1所示。
其中，u s为电源电压，i L为负载电流，p为瞬时有功功率，P为p的直流分量，I1p、i1p和i c分别为检测出的基波有功电流幅值、基波有功电流和需要补偿的谐波与无功电流之和。
LPF为低通滤波器，根据文献[16]，LPF确定为截止频率f c=20Hz的2阶Butterworth LPF。
由单相的负载电流i L可构造α，β两相电流：iα=32iL%姨（1）iα滞后90°为iβ。
由电源电压u s可构造α，β两相电压：uα=32%姨u s（2）uα滞后90°为uβ。
u=u2α+u2β%姨（3）瞬时有功功率为：p=uαiα+uβiβ（4）基波有功电流为：i1p=23%姨uαp（5）1.2基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法文献[15]提出了“单相电路瞬时功率理论”，根据图1谐波与无功电流电流检测框图Fig.1Harmonic and reactive currents detetion block diagramu 234--图3两种检测方法的MATLAB 仿真模型Fig.3MATLAB simulation model of two detectionmethods“单相电路瞬时功率理论”，提出了基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法，其谐波与无功电流检测框图如图2所示。
其中，e s 为与电源电压同频同相的幅值为1的正弦信号，i L 为负载电流，I 1p 、i 1p 和i c 分别为检测出的基波有功电流幅值、基波有功电流和需要补偿的谐波与无功电流之和，LPF 为低通滤波器，文献[15]确定LPF 为截止频率f c =15Hz 的2阶Butterworth LPF 。
1.3两种检测方法的比较比较图1和图2可知：基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法比基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）简单许多。
2两种检测方法的仿真比较2.1MATLAB 仿真模型文献[16]建立了基于三相电路瞬时无功功率理论的单相电路谐波电流检测方法（延时最短的方法2）的MATLAB 仿真模型，而文献[15]建立了基于单相电路瞬时功率理论的单相电路谐波电流检测方法的MATLAB 仿真模型。
