諧波及無功電流檢測方法對比分析

　　用自適應(yīng)噪聲抵消法進(jìn)行諧波檢測，取iL作為原始輸入，若將i=i1+i2+……in看作“噪聲干擾電流”，則其他更高次諧波的總電流ih就是需要檢測的“信號”，i和ih不相關(guān);取sinωt,cosωt以及它們的2、3、……、n次等倍頻諧波作為參考輸入，它們和i對應(yīng)的各次正弦和余弦分量分別相關(guān)，而和ih不相關(guān)?？梢钥闯?，上述條件滿足自適應(yīng)噪聲抵消法的要求，當(dāng)選用適當(dāng)?shù)亩嗦纷赃m應(yīng)濾波器并采用最小均方算法后，可以通過多路自適應(yīng)濾波器得到“噪聲干擾電流”i的各分量以及“信號”ih的最小均方誤差意義下的最佳逼近值。從上述分析可以看出：

　　1)檢測總諧波電流只取sinωt，cosωt作為參考輸入，ANN學(xué)習(xí)完成之后，系統(tǒng)的輸出z(t)即為總諧波電流。

　　2)檢測奇次諧波電流取sinωt，cosωt以及sin(2k+1)ωt，cos(2k+1)ωt(3<=2k+1<=n，k為正整數(shù))等作為參考輸入，ANN學(xué)習(xí)完成之后i2k+1=w(2k+1)s×sin(2k+1)ωt+w(2k+1)c×cos(2k+1)ωt，就是對應(yīng)的奇次諧波電流的值。

　　3)檢測偶次諧波電流取sinωt，cosωt以及sin2kωt，cos2kωt(2≤2k≤n,k為正整數(shù))等作為參考輸入，ANN學(xué)習(xí)完成之后i2k(t)=w2ks×sin2kωt+w2kc×cos2kωt，就是對應(yīng)的偶次諧波電流的值。

　　3 基于瞬時(shí)無功功率理論的畸變電流瞬時(shí)檢測方法

　　瞬時(shí)無功功率理論[1]的基本思路是將abc三相系統(tǒng)電壓、電流轉(zhuǎn)換成αβο坐標(biāo)系上的矢量，將電壓、電流矢量的點(diǎn)積定義為瞬時(shí)有功功率;將電壓、電流矢量的叉積定義為瞬時(shí)無功功率，然后再將這些功率逆變?yōu)槿嘌a(bǔ)償電流。瞬時(shí)無功功率理論突破了傳統(tǒng)功率理論在“平均值”基礎(chǔ)上的功率定義，使諧波及無功電流的實(shí)時(shí)檢測成為可能。該方法對于三相平衡系統(tǒng)的瞬變電流檢測具有較好的實(shí)時(shí)性，有利于系統(tǒng)的快速控制，可以獲得較好的補(bǔ)償效果。但該方法對于三相不平衡負(fù)荷所產(chǎn)生的無功和諧波電流，補(bǔ)償效果則不理想，且只適用于三相系統(tǒng)，不能用于單相系統(tǒng)。

　　3.1 開環(huán)檢測方案

　　基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波及無功電流開環(huán)檢測方案[2]如圖4所示。

　　圖4 基于瞬時(shí)無功理論的電流檢測

　　圖4中，LPF為低通濾波器，變換矩陣C3s/2r為三相靜止坐標(biāo)系到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(dq坐標(biāo)系)的變換陣。在諧波及無功電流的檢測系統(tǒng)中，首先檢測基波有功電流，然后從三相負(fù)載電流中減去基波有功電流，從而獲得諧波及無功電流。根據(jù)瞬時(shí)無功功率理論，可以推導(dǎo)如下結(jié)論[3][4]：三相負(fù)載電流經(jīng)過dq變換，得到有功電流ip和無功電流iq(圖4中未畫出)?；ㄓ泄﹄娏髟赿q坐標(biāo)系下表現(xiàn)為電流ip中的直流分量。在dq坐標(biāo)系下，將有功電流ip進(jìn)行低通濾波得到直流分量，經(jīng)過dq反變換可以得到基波有功電流。上述檢測方案具有動態(tài)響應(yīng)快、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于電路采用開環(huán)結(jié)構(gòu)，檢測系統(tǒng)魯棒性較差，需要采用高精度模擬乘法器[5]。

　　3.2 閉環(huán)檢測方案

　　為了增強(qiáng)檢測系統(tǒng)的魯棒性，將閉環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與瞬時(shí)無功功率理論的原理結(jié)合起來，可以構(gòu)造出如圖5所示的閉環(huán)檢測電路[6]。

　　圖5 基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波電流閉環(huán)檢測

　　圖5中，G(s)與圖4中的LPF不同，指一般的傳遞函數(shù)。諧波及無功電流檢測的基本原理與圖4相同，也是先獲得基波有功電流，然后從負(fù)載電流中減去基波有功電流，從而得到諧波及無功電流。

　　4 仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　為驗(yàn)證所提出的諧波電流檢測方法，進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果如圖6所示。

　　(a) 負(fù)載電流(iL)

　　(b) APF補(bǔ)償電流(ic)

　　(c) 檢測出的基波電流(ip)

　　(d) 實(shí)驗(yàn)波形(從上到下依次為：iL，ic，ip)

　　圖6 諧波檢測電路驗(yàn)證

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法具有下述優(yōu)點(diǎn)：

　　1)基于統(tǒng)一模型的閉環(huán)檢測法以瞬時(shí)無功功率理論為基礎(chǔ)，因而能清晰地解析出各次諧波、無功及基波有功電流;

　　2)由于采用閉環(huán)系統(tǒng)，檢測電路的運(yùn)行特性幾乎不受參數(shù)變化的影響;

　　3)優(yōu)異的性能并沒有增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和制造成本。

　　5 結(jié)語

　　本文提出了一種簡便的基于瞬時(shí)無功功率理論的自適應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)，以檢測諧波及無功電流，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析：

　　1)基于瞬時(shí)無功功率理論的諧波及電流檢測方法能準(zhǔn)確、快速地解析出各次諧波、無功及基波有功電流;

　　2)由于采用自適應(yīng)閉環(huán)系統(tǒng)，檢測電路特性對參數(shù)變化不敏感，魯棒性好;

　　3)該方案性能優(yōu)異而且結(jié)構(gòu)簡單，在有源電力濾波器系統(tǒng)中有相當(dāng)好的應(yīng)用前景。