有源电力滤波器谐波检测综述

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1、有源电力滤波器谐波检测综述新疆吐哈油田公司陈致清孙妍玮杨洪儒周波摘要介绍并归类了目前常用的几种谐波检测方法，叙述了小波变换、瞬时无功功率理论和神经网络等谐波检测新方法的原理及发展现状，简要概括了各种谐波检测方法的特点。关键词：有源滤波谐波检测电能质量1引言随着电力电子技术的飞速发展，各种功率开关器件以及其它非线性负载得到了广泛的应用，这一方面给电能的变换应用带来了方便，并提高了变换的效率；另一方面导致谐波被大量地注入电网，即电力污染[1]。为了解决谐波问题，使用有源滤波器是最常使用的方法。有源滤波器的性能受到逆变器特性，采用的控制方法以及参考信号

2、发生器准确性的限制。因此，如何快速准确的检测出谐波就成为APF正常运行的基础问题，显得尤为重要。早在八十年代开始就已经陆续提出了许多种用于有源电力滤波器的谐波检测技术，从谐波检测方法发展的历史来看，它经历着一个由频域、时域、神经网络、自适应参数辨识的发展过程。本文将对几种常用的谐波检测技术进行分类，并给与简单介绍。2频域谐波检测技术2.1基于傅立叶级数的检测方法傅立叶变换是检测谐波的常用方法，用于检测基波和整数次谐波。任何形式的无直流成分的周期电流均可以表示为[2]：（1）其中，wf为基波的角频率。上式中的系数为：（2）（3）其中Ts是采样周期，

3、N是整数。通过这种方法特殊的电流谐波可以被识别。目前，傅立叶变换技术已成熟，但也有局限性:①需要信号是稳态的；②没有反映随时间变化的频率；③傅立叶变换需要一定时间的采样值，计算量大，计算时间长，致使检测时间长，实时性差；④即使信号是稳态的，当信号频率和采样频率不一致时，也会产生频谱泄漏效应和栅栏效应，致使计算的信号参数（频谱、幅值和相位）不准确，无法满足检测精度的要求。2.2快速傅立叶变换和离散傅立叶变换离散傅里叶变换(DFT)是一种用于离散化信号处理的数学变换，通过这种变换可以同时得到要求谐波的幅值和相位信息。快速傅立叶变换(FFT)遵循与DF

4、T相同的数学表达式，但是采用不同的形式以减小计算数，从而减小要求的DSP运算时间。对于快速傅立叶变换和离散傅立叶变换的应用，有一些基本的假设。这些假设包括：(1)采样频率应高于分析信号中最高频率的2倍；(2)信号中每个频率都应该是基波频率的整数倍。FFT的应用条件：(1)采样数为2的整数幂，且高于整数周期；(2)波形是静止的。当采样数不满足FFT/DFT的基本假设时，通常的FFT或DFT就无法满足要求了。此时可以应用一种基于卡尔曼滤波器的算法。应用FFT可以有效降低DFT的计算负担。2.3基于小波变换的分析方法小波变换是一种新的信号变换分析方法，

5、其突出特点就是可以通过数学变换充分突出信号的某些方面的特征。其不仅适用于稳态信号的研究，也适用于时变信号的研究[3]。设x(t)是平方可积函数(记作x(t)∈L2（R）)，则信号x(t)的连续小波变换式（WaveletTransform，简称WT）可以定义为：（4）式中，参数a为尺度伸缩参数，参数b为时间平移参数，是可以根据参数a，b的变化而放大和移位的小波母函数，定义在右半平面上的开区间（b,a）上面，其中(b∈R，a﹤0)。上标“*”代表共轭。3时域谐波检测技术3.1模拟滤波器在没有提出瞬时无功功率之前，普遍采用模拟滤波器来实现谐波检测。模拟

6、滤波器有两种，一是通过滤波器滤除基波电流分量，得到谐波电流分量。二是用带通滤波器得出基波分量，再与被检测电流相减后得到谐波电流分量，其原理和电路结构简单，造价低，能滤除一些固有频率的谐波。其缺点是：①误差大，实时性差，电网频率变化时尤其明显；②对电路元件参数十分敏感，参数变化时检测效果明显变差。3.2改进低通滤波器常用的采用低通滤波器的谐波检测法具有原理简单，能同时补偿功率因数和谐波电流的优点。同时它具有如下缺点：①同相基波参考电压的幅值，模拟乘法器的定标系数和低通滤波器的增益都会影响有功电流的幅值。②电压转换器中一个微小的相移，会降低电路的精度

7、。③参考电压中的的电压波形畸变将会在电路中引入一个污染的正弦信号。为了解决上述问题，提出了一种改进的低通滤波器方法[4]。其原理只是在原方法中引入了一个反馈和一个积分增益环节，结构图如图1所示。图1改进低通滤波器方法3.3瞬时无功功率理论1983年H.Akagi提出三相电路瞬时无功功率理论，该理论是以瞬时有功功率p和瞬时无功功率q定义为基础，亦称pq理论。1991年S.Bhattacharya提出ip-iq检测方法。与基于p-q运算法相比，ip-iq运算法的优点在于可以消除电压谐波和不对称电压的影响，从而获得更广泛的使用[5]。ip-iq运算方式

8、检测三相电路谐波的原理如图2所示。图2ip-iq运算方式的原理图由于瞬时零序无功功率无法在通常的p-q理论下定义，所以这种理论不遵循能量