三相不平衡电网谐波电流检测方法的研究

收稿日期：2020-11-13作者简介：张永会（1975-），男，吉林吉林人，高级工程师。

三相不平衡系统中感应电机谐波抑制方法研究张永会１，张恩龙１，张洪坤１，冷月妍２（1.吉林白山发电厂，吉林白山134300；2.沈阳工程学院研究生部，辽宁沈阳110136）摘要：针对如何抑制三相不平衡系统中的感应电机谐波展开研究，提出了一种适用三相不平衡交流系统中感应电机的谐波抑制方法。

首先，采用快速电流监测装置精确地监测三相交流电机电流；然后，通过傅里叶变换提取三相交流电流中的谐波分量，将其输入到模糊自适应模块库中，快速获取不同谐波分量的补偿信息；最后，经由谐波PWM 补偿信号模块输出对应的PWM 补偿信息，完成三相交流电机的谐波补偿。

该方法改善了三相交流电网中的电能质量，同时降低了三相交流电机中的谐波分量，并通过系统仿真试验验证了该方法的正确性。

关键词：三相不平衡；谐波分量；模糊自适应；谐波补偿中图分类号：TM721.2文献标识码：A文章编号：1673-1603（2021）01-0046-05DOI ：10.13888/ki.jsie （ns ）.2021.01.010第17卷第1期2021年1月Vol.17No.1Jan.2021沈阳工程学院学报（自然科学版）Journal of Shenyang Institute of Engineering （Natural Science ）在工业三相交流电网系统中，由于用电设备功率的不均衡，电网系统通常呈现出三相不平衡的运行状态，需要找到一种经济、可行、有效的方法降低三相不平衡对配电网的危害。

三相交流电机以其结构简单、控制简单、运行可靠、性价比高等众多优点，在纺织、油田、煤炭、钻井、航空及航天等众多工业领域得到广泛应用［1］。

由于三相交流电机的转子磁场定向矢量控制技术具有控制可靠性高、控制简单及电压利用率高等优点，因此在工业三相交流不平衡电网系统中的三相交流电机普遍采用转子磁场定向矢量控制技术［2］。

三相不平衡的判断方法和处理对策三相不平衡是电能质量的一个重要指标，虽然影响电力系统的因素有很多，但正常性不平衡的情况大多是因为三相元件、线路参数或负荷不对称。

由于三相负荷的因素是不一定的，所以供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象，损耗线路。

不仅如此，其对供电点上的电动机也会造成不利的影响，危害电动机的正常运行。

因此，如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围，那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。

（1）三相不平衡的基本概念三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。

由于各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。

发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。

在电网系统中，三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等，而且如果按照A、B、C的顺序进行排列，他们两两之间构成的角度都为2n/3。

而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。

《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为 50 赫兹。

在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的 PCC 点连接点的电压不平衡。

该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为 2%，短时间不得超过 4%。

图例：理想的三相波形图与不平衡时的三相波形图三相电流不平衡度计算方法一般有以下常用的两个公式：不平衡度%=（最大电流-最小电流）/最大电流×100%不平衡度%=（MAX相电流-三相平均电流）/三相平均电流×100%举个例子：三相电流分别为IA=9A IB=8A IC=4A，则三相平均电流为7A，相电流-三相平均电流分别为2A 1A 3A，取差值最大那个，故MAX（相电流-三相平均电流）=3A，所以三相电流不平衡度=3/7。

（2）引起三相不平衡的原因有哪些？引起三相电压不平衡的原因有多种，如：单相接地、断线谐振等，运行管理人员只有将其正确区分开来，才能快速处理。

浅谈电力系统谐波检测及抑制方法摘要：本文主要阐述了电力系统谐波的产生原因和危害，介绍了谐波检测的方法，包括传统方法和新兴方法，以及谐波抑制的方法，包括被动滤波和主动滤波等。

同时，针对电力系统谐波的特点，提出了一些优化措施，以期对电力系统谐波的检测和抑制产生积极的影响。

关键词：电力系统、谐波、检测、抑制正文：一、谐波的产生原因及危害谐波是指频率为基波频率整数倍的交流电信号，是电力系统中极其普遍的现象。

谐波的产生原因主要有以下几种：1、非线性负载的存在：如励磁系统、变频器、UPS等等。

2、电力电子器件的存在：如开关电容器等等。

3、线路谐振所产生的回波：如高压输电线和变压器中的谐振回波。

4、供电系统中的电弧、火花放电等。

大量的谐波会对电力系统产生不可避免的危害，包括：1、阻碍电能传输：谐波会引起交流系统内的电压和电流失去同步，从而无法有效地传输电能。

2、损坏电力设备：谐波会使电力设备的温度升高，引起设备故障或烧坏。

3、引起电力波动：谐波会使电力质量发生变化，从而引起电力波动。

4、对用电设备的干扰：谐波会对用电设备产生干扰，使其工作出现异常。

二、谐波的检测方法为了准确地检测和分析电力系统中的谐波，需要采用适当的谐波检测方法。

目前常见的谐波检测方法包括：1、传统的谐波检测方法：包括单相检测法、三相检测法等，主要是通过对线路中的电压和电流进行采样，并对谐波进行滤波和分析。

2、新兴的谐波检测方法：如快速小波变换法（FWT）、矢量变量法（VSA）等，较为有效地解决了传统方法中的一些问题，例如不容易出现失灵、可实现频率矩阵多恒定、不依赖预处理等。

三、谐波的抑制方法为了有效地抑制电力系统中的谐波，需要采用相应的谐波抑制方法。

目前常见的谐波抑制方法包括：1、被动滤波：即采用滤波器等被动电路来消除谐波，其优点是结构简单，可靠性高，成本低廉，常常应用于对谐波要求不高的场合。

2、主动滤波：即通过电网与电源之间的电流、电压、功率等进行控制，进而消除谐波，其优点是能够发挥较好的动态响应能力，比被动滤波性能更好。

三相三线制有源电力滤波器谐波检测方法韩晓新;是利娜;邢绍邦;王大志;沃松林【摘要】针对三相三线制有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)中的谐波检测,研究了基于瞬时无功理论的谐波电流快速检测算法,结合谐波检测过程中出现的频率混叠现象而搭建的二阶巴特沃斯低通滤波器,共同实现了有源电力滤波器高精度的谐波检测功能.实验结果验证了方法的正确性和可靠性,对于提高APF的补偿性能有很大的帮助.%Aiming at the harmonic in three-phase three-wire active power filter (APF), we studied a harmonic current rapid detection algorithm based on instantaneous reactive power theory. Combining with a second-order Butterworth low-pass filter for suppressing the frequency aliasing phenomenon, we realized high precision harmonic detection for APF. The experiment results validated the correctness and robustness of the method. It can greatly improve the APF compensation performance.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2012(026)001【总页数】7页(P35-41)【关键词】瞬时无功;频率混叠;有源电力滤波器;谐波检测;谐波抑制【作者】韩晓新;是利娜;邢绍邦;王大志;沃松林【作者单位】江苏技术师范学院电气信息工程学院,江苏常州213001;煤科总院常州自动化研究院,江苏常州213001;江苏技术师范学院电气信息工程学院,江苏常州213001;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110004;江苏技术师范学院电气信息工程学院,江苏常州213001【正文语种】中文【中图分类】TM760 引言电能已成为当今社会生产和人们日常生活中不可或缺的一种重要能源,但是随着现代工业技术的发展,各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及开关电源等大规模地应用,向电网中注入了大量的高次谐波.这些谐波使电网中电压和电流的波形产生了严重的失真,大大降低了电网的供电质量,因此电网谐波含量成为了衡量电能质量最重要的指标之一.世界各国已经十分重视对电能质量的管理,有力地促进了学术界和工程界对谐波抑制、无功补偿技术的研究.谐波治理是电能质量问题的核心内容之一,也是现代电力生产发展的迫切要求,因此有源电力滤波器作为综合治理电网污染的最有效手段,有着广阔的应用前景[1].1 并联型有源电力滤波器的基本原理与特点有源电力滤波器是一种新型主动抑制谐波和补偿无功的电力电子补偿装置,具有较好的动态性能,它的原理是产生和谐波源谐波电流具有相同幅值而相位相反的补偿电流来达到消除谐波的目的.电压并联型有源电力滤波器的工作原理如图1所示. 图1中,交流电网为非线性负载供电,非线性负载会产生谐波并且消耗无功功率.系统将含有谐波的电流信号采集过来,处理器得到电流数据后利用相应的谐波检测算法将电流信号中的基波分量和谐波分量提取出来.然后根据得到的谐波分量迅速发出PWM波形信号给IGBT驱动电路,变流器主电路受驱动电路控制产生与谐波电流幅值相同但方向相反的补偿电流,经电感送至电网当中从而使电网中的总谐波电流为零,达到对电网谐波实时补偿的目的[2].并联型APF克服了PF只能对特定谐波有效治理的缺点,实现了动态补偿.并联型APF可对频率和大小都变化的谐波和无功功率进行补偿,而且对补偿对象的变化有极快的响应.还具有跟随电网频率的特性,因此其补偿性能不受电网频率变化的影响.因此,在对电能质量要求越来越严格的今天,采用并联型APF作为谐波消除装置的优势已日渐突出,随着电力电子器件性价比的不断提高,有源电力滤波器必然会得到更广泛的应用[3].图1 电压型并联APF系统结构图Fig.1 Structural diagram of shunt voltage-source APF system2 基于 ip-iq算法的谐波快速检测方法谐波电流检测的准确性是有源电力滤波器可靠运行的首要环节,如果谐波电流无法准确及时地获得,那么有源电力滤波器补偿电流的准确产生及对谐波电流的补偿效果就无从说起.最早的谐波检测方法是采用模拟电路来实现的,虽然硬件实现比较简单但是所引起的相位和幅值的误差都比较大,而且受环境和参数变化的影响也比较大.随着检测算法的不断发展和处理器速度的不断提高,数字处理方法凭借其快速、稳定、可靠等优点已经取代了模拟方法并广泛应用于谐波检测当中[4].ip-iq法的核心思想是把满足ia+ib+ic=0的三相电流 ia,ib,ic首先经过不含零序分量的Park变换得到 ip,iq,然后用低通滤波器滤波提取出 ip,iq中的直流分量¯ip,¯iq,则由¯ip,¯iq即可计算出iaf,ibf,icf,进而由三相电流减去此基波正序分量 iaf,ibf,icf 即得到谐波和基波负序零序分量之和iah,ibh,ich,其检测原理如图2所示.在该方法中,正余弦函数s inω t,cosω t是采用查表计算的方法来实现的.即根据预定好的采样频率,建立起正弦和余弦函数表,将设计好的正余弦表放到处理器的程序存储器中,在每次采样时刻到来之前从表中提取出所要用到的正余弦值提供给Park 变换计算使用.由于没有直接使用系统电压信息,只是借助于构造的正弦和余弦函数来实现 Park变换,因此检测结果的精度不受系统电压波形畸变的影响,克服了 p-q法受系统电压波形畸变影响比较严重的缺点.但是这种方法对与电网频率同步采样的要求非常严格,在实际应用中采用硬件实现的锁相倍频电路可以完成对电网频率的精确跟踪,很好地解决了这个难题.基于 ip-iq算法的谐波检测方法外部硬件电路简单、可靠性高、计算速度快,对APF谐波补偿性能有很大的提高.图2 ip-iq法谐波检测原理图Fig.2 Functional block diagram for method of ip-iqharmonic detection3 混叠现象原理分析谐波检测是有源电力滤波器控制系统的核心部分,系统的采样速度和精度直接影响着系统的实时性能.因此如何得到快速精确的采样数据是谐波检测的首要任务.频率混叠是数字信号处理中特有的现象,它是由数字信号中离散采样所引起的,凡是等步长的离散采样必然会产生频率混叠现象.频率混叠会产生假频率、假信号,会严重影响测量结果.在信号采集中,当信号的频率 f超过1/2采样频率 fs,即当 f＞1/2fs时在时间域上会出现f′=｜fs-f｜的现象,其最大幅值与输入幅值的关系基本保持不变.在频域上出现频率为f′=｜fs-f｜的假频,由此折叠效应所造成的混频现象就称之为频率混叠现象[5].频率混叠现象也就是当采样信号的频率低于被采样信号的最高频率时,采样所得的信号中混入了虚假的低频分量,从而影响检测结果的准确性.有源电力滤波器谐波检测结构如图3所示,电网电流经过莱姆霍尔电流传感器按照一定的比例进行缩小,通过精密采样电阻将小电流信号转换成0～5 V电压信号,然后电压信号进入抗混叠处理电路进行滤波,最后再送入AD转换芯片进行采集.为了保证APF谐波采样的精度,设定采样频率为电网工频的256倍,也就是每个周期的电流波形用256个点来进行还原.但是,电网电流中含有大量高次谐波,为了避免三相负载电流中的高频分量在数字采样过程中产生频率混叠现象,从而影响谐波检测的精度,必须设置抗混叠低通滤波器来进行滤波.如果抗混叠低通滤波器截止频率 fs设置过低,虽然能保证滤除效果,但是过低的截止频率将使被滤波信号存在较大的相位移,影响电流检测的实时性和准确性.所以,应当合理选择抗混叠低通滤波器的截止频率,使抗混叠滤波器在保证有效滤除高频谐波的前提下,同时保证信号采样的精度[6]. 图3 谐波检测结构框图Fig.3 Diagram of harmonics detection对信号不失真采样,一般需要满足奈奎斯特抽样定理(Nyquist Sampling Theorem):1)被抽样信号为带限信号,即信号最高频率fs≠-∞;2)采样频率至少为被抽样信号最高频率的两倍,即fs≥fmax[7].其中,采样频率fs=256×50=12.8 kHz,因此 fmax的上限值必须小于6.4 kHz,这样才能满足奈奎斯特抽样定理的要求.因此,需要设计一个截止频率为6.4 kHz的低通滤波器来实现APF电流检测过程中的抗混叠处理功能,从而保证APF谐波检测的准确性.4 抗混叠滤波器设计为了保证APF系统对电流检测的精度,在AD对电流信号进行采样之前,设计一个截止频率为6.4 kHz低通滤波器,将高次谐波除掉,以防止频率混叠现象发生.图4为应用C8051F330单片机和有源滤波芯片MAX260构成的抗混叠滤波器电路图.抗混叠滤波器采用 MAXIM 公司生产的可编程通用有源滤波器芯片MAX260,可编程通用有源滤波器MAX260的参数设置需要通过一片微处理器来完成,在这里采用C8051F330单片机来完成.其中单片机通过 P1口的 I/O引脚向有源滤波芯片MAX260中写入控制数据.A0-A3是 f0和Q及工作方式输入数据单元的地址输入端,选定地址后通过D0和D1端口写入相应的编程数据,P0.7端口模拟时钟信号作为两个二阶滤波器提供内部采样速率.由于是巴特沃斯低通滤波则选择滤波器A和滤波器B的工作方式都为方式1,根据公式 N=fCLK/f0,其中低通滤波截止频率 f0的值选择为6.4 kHz,fCLK为800 kHz,得到输入数据NA=135.08,NB=139.08,再由 Q=f0/BW得到QA=1.036,QB=0.547,对截止频率进行修正,通过单片机程序向MAX260中写入这些数据信息,就实现了所要的滤波效果.图4 C8051F330与 MAX260的电路连接图Fig.4 Circuit of C8051F330 and MAX2605 仿真结果图5为PSIM 中仿真模型图.仿真模型采用的算法为 ip-iq算法,在图5中,经过电流传感器得到的负载电流 Ia,Ib,Ic作为3个流控电压源的控制端,由电流信号变为电压信号进入到ABC-DQO变换模块,完成了三相到两相的变换,得到了有功电流 ip和无功电流iq,通过PSIM与Matlab/Simulink的接口模块SimCoupler将有功电流ip和无功电流iq的数据传递给在Simulink中搭建的数字低通滤波器模型,经过低通滤波后,将有功电流 ip和无功电流iq中交流分量滤除,得到有功电流 ip和无功电流iq中的直流分量 ipd和iqd,再通过PSIM 与Matlab/Simulink的接口模块SimCoupler将 ipd和iqd传递到 PSIM 中,进入到DQO-ABC模块进行2/3变换,得到负载电流 Ia,Ib,Ic的基波分量ia_f,ib_f,ic_f,负载电流Ia,Ib,Ic与其基波分量ia-f,ib-f,ic f相减后就得到其谐波分量iah,ibh,ich.图5 检测模块在PSIM中仿真模型图Fig.5 Diagram of simulation model for detection module under PSIM在PSIM的仿真模型中,采用了峰值电压有效值为11.82 V、频率50 Hz的三相交流电,作为三相全桥整流电路的输入,三相全桥电路是非线性的,并带有电感、电容和电阻等负载,因此负载电流有畸变,由于三相电压和电流均对称,所以只取A相电流和电压,其波形如图6所示.经电流传感器得到的三相电流ia,ib,ic经流控电压源变为电压信号后,进入ABC-DQO进行坐标变换,得到有功电流 ip和无功电流iq的数据,波形如图7所示.图6 电源电压和A相电流Fig.6 Power supply voltage and current of A-phase 图7 有功电流和无功电流Fig.7 Active current and reactive current在得到有功电流 ip和无功电流iq后,进入到椭圆低通滤波器进行滤波,滤除有功电流 ip和无功电流iq中的交流分量,得到有功电流 ip和无功电流 iq的直流分量,波形如图 8所示.在得到有功电流 ip和无功电流 iq的直流分量,后,进入DQO-ABC模块完成坐标反变换,再进入压控电流源,得到三相电流 ia,ib,ic的基波分量iaf,ibf,icf,再与负载电流ia,ib,ic相比较即可得到谐波电流分量iah,ibh,ich,如图9所示.由以上的仿真结果可以看到,ip-iq算法可以有效检测出负载电流中的基波以及谐波. 图8 有功电流和负载电流的直流分量Fig.8 DC component and of active current and reactive current图9 A相谐波电流、A相电流与A相基波电流的对比Fig.9 Harmonic current of A-phase,current of A-phase and fundamental current of A-phase6 实验结果图10是经过霍尔电流传感器进行比例变换以后的电流波形,从中可以看出由于谐波的存在,A相电流的波形和标准的正弦波有一定的差距.使用示波器中的FFT分析功能可以得到A相电流中的各次谐波含量.如图11(a)所示,图中横轴每个格代表1.25 kHz的频率,那么频率高于 6.4 kHz的信号都在 5个格以后.图11(b)是抗混叠滤波器输出的电流信号的FFT波形,可以看出5格以后频率高于6.4kHz的信号含量减少了很多,大大降低了谐波检测中信号混叠现象发生的机会.通过以上的硬件平台,我们得到了部分实验波形和数据,包括有功电流 ip、无功电流iq、有功电流的直流分量、无功电流直流分量、A相电流 ia、A 相电流滤除谐波后的基波 iaf以及A相电流中的谐波 iah.由于在谐波检测模块中没有使用D/A数模转换器,所以我们将DSP计算得到的数据从内存中取出后,选取的是电压、电流相对稳定之后的数据,使用Matlab的绘图功能绘制.图10 A相电流信号波形Fig.10 The current waeform of Phase A图11 抗混叠滤波前后的FFT波形对比Fig.11 The contrast of FFT waveform between before anti-aliasing filtering and afert it有功电流 ip、无功电流 iq、有功电流的直流分量、无功电流直流分量的实验波形如图12所示.图13为A相电流、A相电流滤除谐波后的基波以及A相电流中的谐波.将图13与图9进行对比发现:实验图形与仿真图基本接近,说明本文的谐波检测平台是有效的,谐波检测算法是正确的.图12 有功电流及其直流分量,无功电流及其直流分量的实验波形Fig.12 Test waveforms of active current,reactive current,and their DC component图13 A相电流、A相电流滤除谐波后的基波以及A相电流中的谐波Fig.13 Current of phase A,fundamental wave after filtering harmonic and its harmonic7 结论实践证明,基于瞬时无功功率理论的 ip-iq算法结合抗混叠滤波器所构成的的有源电力滤波器谐波检测方法具有外部硬件电路实现简单、可靠性高、计算速度快、检测精度高等特点,对APF谐波补偿性能有很大的提高.参考文献:[1]姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器—结构原理控制[M].第一版.北京:科学出版社,2005:1-20,70-78,85-100.[2]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].第一版.北京:中国电力出版社,2006:5-13,44-57.[3]Gyugyi L,Strycula E C.Active ac Power Filters[C].Proc of IEEE/IAS Annual Meeting,1976:259-535.[4]戴朝波,林海雪,雷林绪.两种谐波电流检测方法的比较研究[J].中国电机工程学报,2002,17(1):80-84.Dai Chaobo,Lin Haixue,Lei Linxu.A study on the comparison of two harmonic current detecting methods[J].Proceedings of theCSEE,2002,17(1):80-84.(in 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Byung-Moon,Bae Byong-Yeul,Ovaska S J.Referenece signal generator for active power filters using improved adaptive predictivefilter[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2005,52(2):576-584.。

三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法三相桥式整流电路中谐波电流的计算新⽅法李槐树李朗如摘要提出了⼀种实⽤的新⽅法来计算三相桥式整流器所产⽣的谐波电流。

本⽅法考虑了交流侧电抗及电⽹中存在的谐波电压，导出了交直流两侧谐波电流的计算公式。

计算与实测结果表明，本⽅法准确实⽤。

关键词：三相桥式整流器波形畸变谐波电流谐波电压计算A New Method to Calculate Harmonic Currents in A Three-PhaseBridge RectifierLi Huaishu Li Langru(Huazhong University of Science and Technology 430074 China)Abstract This paper presents a new method to calculate the harmonic currents on both DC and AC sides in a three-phase bridge rectifier operating under pre-existing voltage distortion.The proposed method,which takes into account the AC side reactances and harmonic voltages already existing in AC network,gives out the calculating equations of DC and AC sides harmonic currents.Some practical rectifier circuits are calculated and carefully tested.The calculated results show that the proposed method is more accurate and more practical.Keywords:Three-phase bridge rectifier Voltage distortion Harmonic current Harmonic voltage Calculation1 引⾔电⼒系统中三相桥式整流器的使⽤极为⼴泛，由此引起的谐波电流也成了⼈们⽇益关注的问题。

电网中谐波电流检测方法综述摘要：近年来，随着电力电子技术的快速发展，大量含有电力电子装置的元器件被运用到电力系统工业中，如整流器、逆变器等。

然而，这些装置的运用会产生诸如谐波、无功电流等污染电网的电流，使得电网的电能质量下降;除此之外，电网负载端的大量非线性负载也会产生谐波污染电网。

对于如何抑制谐波和补偿电网成了如今学者们研究的重点。

关键词：电网；谐波电流；检测方法1前言传统的高压输电线路谐波检测方法采用有线方式，在变电站中将谐波检测仪接入PT/CVT二次侧，通过检测PT/CVT二次端的小电压信号来检测母线上的电压，间接获得线路中谐波含量。

据统计，在国外72.5kV以上的电压等级的电压互感器几乎全部采用电容式电压互感器CVT。

在国内，110kV及以上电压等级互感器也广泛采用CVT。

目前广泛采用在互感器二次侧采样的方式进行电网电压的监测，但由于受CVT传输特性的固有影响,导致该方法在谐波分析中并不适用国家标准GB/T14549《电能质量公用电网谐波》及IEC相关标准都明确规定，CVT不能用于谐波测量。

原因是通过测量CVT二次测电压信号谐波含量，再按照比例折算出线路谐波含量，这种测量方法由于CVT本身电容特性，会对不同频率的谐波按不同比例衰减，而衰减比例并不成线性比例关系，导致测量结果存在很大的偏差，最大偏差量可达36.70%，因此从CVT测取的谐波电压测试结果，会造成许多公共连接点供电电压不合格的虚假现象，因此，传统借助CVT检测高压线路谐波的测量结果不能采用，并且也只能对变电站内部线路借助CVT测量，对于站外高压线路由于没有安装CVT柜将无法测量谐波。

同时对于10kV高压线路，由于电压互感器一次侧中性点有串接一只消谐电阻接地，可能对体现零序特性的谐波电压的测量结果造成影响，最终影响谐波电压总畸变率的测试结果。

为了更方便、更安全、更可靠地对输电线路电能质量进行检测，提出了运用便携式高压输电线路谐波检测仪，精准地测量2-32次及3-31次谐波，并克服传统测量方法只能在变电站内测量的局限性。

三相四线低压配电系统电压、电流不平衡问题研究华北水利水电学院周国安引言低压配电系统，是指从终端降压变电站的低压侧到用户内部低压设备的电力线路，其电压一般为380/220V。

对于380/220V低压配电系统，我国广泛采用中性点直接接地的运行方式，且引出中性线N和保护线PE。

中性线N的功能，一是用于需要220V相电压的单相设备；二是传导三相系统中的不平衡电流和单相电流；三是减小负荷中性点电压偏移。

保护线PE的功能，是防止发生触电事故，保证人身安全。

通过公共的PE线，将电气设备外露的可导电部分连接到电源的中性点上，当系统设备发生单相接地故障时，便形成单相短路，使保护动作、开关跳闸、切除故障设备，从而防止人身触电，这种保护称为保护接零。

按国家标准规定，凡含有中性线的三相系统，统称为三相四线制系统，即“TN”系统；若中性线与保护线共用一根导线（保护中性线PEN）则称为“TN-C”系统；若中性线与保护线完全分开，各用一根导线，则称为“TN-S”系统；若中性线与保护线在前段共用，而在后段又全部或部分分开，则称之为“TN-C-S”系统。

对低压配电系统的配电要求：⑴可靠性要求。

低压配电线路首先应当满足用户所必须的供电可靠性要求。

所谓可靠性，是指根据用户用电负荷的性质和避免由于事故停电造成经济损失，对用电设备提出的不中断供电的要求。

⑵用电质量要求。

低压配电线路应当满足用户电能质量的要求。

电能质量主要是指电压、频率和基本正弦波形，三个指标中的电压质量，是看加在用电设备端的网络实际电压与该设备的额定电压之间差值，差值越大，说明电压质量越差，对用电设备的危害也越大。

电压质量除了与电源有关之外，还与动力、照明线路的设计是否合理有关。

频率为系统额定频率50Hz。

波形应为正弦波形无谐波。

低压配电系统供电对象多为民用住宅小区、公共娱乐场所、办公楼、教学、科研与试验、博物馆、火车站、高层建筑、工厂车间动力照明等。

中性线在三相不对称负荷中的作用是保证三相负荷电压降对称的基本条件，380/220伏三相四线制供电系统的最大优点是动力和照明合用一台变压器，这样就可以大大节省投资，方便管理，目前，我国城乡低压系统都有采用三相四线制混合用的低压供电系统。

基于ii法的电力系统谐波检测仿真研究摘要:随着电网中谐波污染的日益严重,谐波与无功检测成为了提高电能质量的关键问题。

本文对基于Akagi瞬时无功功率理论中ip-iq 法的谐波和无功检测进行了详细分析,并通过Matlab/Simulink对该检测方法进行仿真分析和验证。

通过仿真实验表明:该方法可以准确及时地检测出三相电路中的谐波和无功;同时,也表明了基于ip-iq法理论设计的有源电力滤波器能够有效检测谐波与无功,并且能够改进电能质量。

关键词:谐波检测Simulink仿真ip-iq法瞬时无功理论随着电力电子技术及其装置的发展与广泛应用,人类对电能的控制能力有了极大的提高能够按照需要将电能进行任意的转换,从而使得人类的生活有了更多的电能供应形式。

但大量非线性电子设备在电网中广泛地投入使用,却给电能的质量造成了很大的影响,其中以谐波污染和无功功率损耗尤为严重,所以现代工业、商业和居民用户对供电质量提出了更高的要求,因此治理电网谐波污染势在必行。

目前,国内外许多学者一直致力于这方面的研究。

其中瞬时无功功率理论(p-q理论)在APF的应用中最为成熟。

本文以该理论为基础,根据ip-iq转换并利用Matlab建立仿真模型,通过该模型进行三相电流的实时检测,成功地检测出了三相电流中的谐波分量和无功分量。

仿真实验结果表明,基于ip-iq法的谐波检测可以准确及时地检测出三相电路中的谐波电流和无功电流。

1 基于ip-iq法的谐波和无功电流实时检测在国际电工标准中定义:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍”。

由于频率是基波频率的整数倍数,我们也常称谐波为高次谐波。

而对谐波次数的定义为:“以谐波频率和基波频率之比表达的整数”。

习惯上,规定电力系统工频为基波频率。

本文主要采用ip-iq法,此方法不仅在电网电压畸变时适用,在电网电压不对称时也同样有效。

瞬时无功功率理论中的概念都是在瞬时值的基础上定义的,它不仅适用于正弦波,也适用于非正弦波的任何情况。

中 文 摘 要I摘 要近年来，随着电力电子技术的发展，电网中具有非线性、冲击性和不平衡用电特性的负荷不断增加，产生大量谐波。

电网中的谐波污染日益严重，影响到供电质量和用户使用的安全性，因此电网谐波污染的治理越来越受到关注。

本文首先针对谐波问题，叙述了谐波产生原因、危害等，并介绍了谐波抑制方法。

其中，有源电力滤波器是抑制电网谐波的有效手段之一，这种滤波器能对频率和幅度都变化的谐波进行跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到了广泛重视。

其次，对有源电力滤波器的基本原理、分类和基本组成进行了阐述。

本文重点研究了谐波电流的检测方法。

本文对平均功率理论和瞬时功率理论进行了分析、比较，指出了它们适用的范围及优缺点。

详细介绍了瞬时基于无功功率理论的几种谐波和无功电流检测方法：p-q 检测法和q p i i -检测法，并分析了它们的检测原理、特点及使用局限性。

本文建立MATLAB/Simulink 的仿真模型，着重对基于瞬时无功功率理论的几种谐波电流检测方法：p-q 检测法、q p i i -检测法分别进行仿真，并对比仿真结果，得出较好的谐波或无功电流检测方案。

针对不同的负载和负载突变情况进行了仿真，得出不同方法的使用条件和最优结果。

关键词：有源电力滤波器，瞬时无功功率，电流检测，仿真ARSTRACTIIAbstractIn recent years, with the development of power grids, converters are to be a wide range of development and application. Though its large-scale transformation of the energy and transport play a significant role, it also brought pollution to the power grid, resulting in a harmonic. These harmonics to the electrical equipment hazards. For harmonic suppression and reactive power, power system applications of the filter. However, the shortcomings of passive power filter, active power filter has been a rapid development.Harmonic suppression method of filtering technology are mainly passive and active power filter technology. Active power filter technology and passive power filter technology, with little effect by the grid impedance, dynamic compensation to the advantages of harmonic pollution in governance has played a leading role. Active power filter of the study focused on the main circuit structure of the form (in series, parallel and series-parallel), harmonic current detection method and the compensation current control methods. This article focuses on the harmonic current detection method.This paper analyzes the emergence of power system harmonics and hazards, of power theory and the theory of instantaneous power analysis, comparison, pointing out that their scope and the advantages and disadvantages. Detailed information on the instantaneous reactive power theory based on the number of harmonics and reactive current detecting method, p-q detection method, q p i i detection method and analysis of their detection principle, characteristics and use limitation.MATLAB / Simulink simulation model, focusing on instantaneous reactive power based on the theory of harmonic current detection method of p-q detection method and q p i i -detection method simulations, were carried out and compared the experimental results, obtaining better harmonics or reactive current detection program. For different mutation load and load simulation experiments, the use of differentARSTRACTmethods to arrive at the conditions and optimal results.Keywords:active power filter , instantaneous reactive power , current detection , simulationIII目 录IV目 录摘 要 ............................................................................................................. I ABSTRACT . (II)第一章 绪论 (1)1.1谐波的发展及现状 (1)1.2电力系统谐波的产生原因及其危害 (2)1.2.1 谐波产生原因 (2)1.2.2 电力系统谐波的危害及对电能计量的影响 (2)第二章 谐波及有源电力滤波器的基本概念及原理 (4)2.1电力系统有关谐波的基本概念及含义 (4)2.1.1 谐波的定义 (4)2.1.2 谐波分析中的常用概念 (5)2.2有源电力滤波器技术的提出 (6)2.2.1 无源电力滤波器 (6)2.2.2 有源电力滤波器 (7)2.3有源电力滤波器的组成、原理和发展趋势 (7)2.3.1 有源电力滤波器的基本结构和工作原理 (7)2.3.2 有源电力滤波器的分类 (8)2.3.3 有源电力滤波器的发展趋势 (9)2.4有源电力滤波器的谐波电流检测技术及其发展 (10)第三章 无功功率理论 (12)3.1平均功率理论 (12)3.20 坐标系下瞬时无功理论 (13)3.3 0dq 坐标系下瞬时无功理论 (18)3.4 无功功率理论的对比研究 (21)目 录V3.4.1平均功率理论 (21)3.4.2瞬时功率理论 (21)第四章 基于瞬时无功理论的谐波电流检测法 (23)4.1三相三线制电路 (23)4.1.1q p -检测法 (23)4.1.2 ip-iq 检测法 (24)4.2 三相四线制电路 .................................................................错误！未定义书签。