一種基于d-q變換的諧波電流檢測方法

0 引言

目前，諧波抑制的一個重要趨勢是采用有源電力濾波器(Active Power Filter—APF)。而該濾波器性能的好壞與它所采用的諧波電流檢測方法有很大關(guān)系。因此，如何實時準(zhǔn)確地檢測出非線性負載電流中的諧波及無功電流是有源電力濾波器(APF)的關(guān)鍵技術(shù)。瞬時功率理論是最適合有源電力濾波器對諧波進行實時檢測的方法，目前基本上采用低通濾波器濾波(LPF)方式得出基波電流分量，然后與被檢測電流相減，最終得出諧波電流分量。本文則給出另一種方法，即直接使用高通濾波器(HPF)來得到諧波電流分量，而不再需要與被檢測電流相減，從而使檢測裝置得到進一步簡化。

1 基本原理

以三相電路|0">三相電路瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)，采用同步旋轉(zhuǎn)park變換的d-q的基本思想是將a-b-c坐標(biāo)系下的電流量變換到d-q兩相正交坐標(biāo)系下來研究。設(shè)三相電壓、電流是平衡且無零軸分量，那么，將三相負載電流iLa、iLb、iLc變換到d-q坐標(biāo)系下，可得：

其中，C1為Park變換矩陣C的一部分：

(2)式中的C1與ip、iq運算方式中的C32C是相同的，ip、iq的運算方式可參考有關(guān)資料。

其中：

事實上，也可以將(1)式中的id、iq表示成如下形式：

然后，對公式(1)進行反變換，就可以得到a-b-c坐標(biāo)下的三相諧波電流值：

上述分析是只檢測負載諧波電流的情況，如果需同時檢測無功電流分量，則令式(1)中的iq=0即可。此外，對于三相電壓不對稱、電壓波形畸變的系統(tǒng)，該方法仍然有效。在電流不對稱時，對于三相三線制系統(tǒng)，上述方法也仍然有效；而對于三相四線制系統(tǒng)，則需要將零序分量從各電流中剔除，然后重復(fù)各步驟。該諧波檢測方法的原理圖如圖1所示。其中PLL為鎖相環(huán)，可用來產(chǎn)生與電源電壓同步的標(biāo)正余弦函數(shù)。

2 MATLAB仿真結(jié)果及分析

采用MATLA的SIMULINK軟件進行仿真時，其檢測電路模型可按照圖1的原理進行搭建，模型的參數(shù)選擇為：電源為工頻220 V，電源支路上的，Rs=0.3Ω，Ls=0.3 mH；諧波源為三相整流橋電路的交流側(cè)電流，直流側(cè)接的電阻電感負載R1=8Ω，L1=80 mH。這種情況下，整流橋的交流側(cè)電流可近似為方波。其仿真波形如圖2所示。

其中，圖2(a)為a相電網(wǎng)電壓ea和被檢測電流ila波形圖，b、c兩相的電壓和電流波形相同，但相位分別滯后120°和240°。圖2(b)和圖2(c)分別為采用高通和低通濾波器所得到的諧波分量波形，而圖3則分別給出了采用低通濾波器所得到的諧波分量頻譜圖，由圖可見，其高通和低通兩波形基本一致，同時兩頻譜圖也基本一致，這說明該方法能準(zhǔn)確檢測出諧波分量。

3 結(jié)束語

本文對該諧波檢測方法進行了理論分析。該方法根據(jù)瞬時無功功率理論，將三相整流電路交流側(cè)電流經(jīng)過坐標(biāo)變換得到id、iq，然后利用高通濾波器(HPF)分離出其中的交流分量，再經(jīng)過坐標(biāo)反變換獲得諧波電流分量，最后進行MATLAB仿真實驗。實驗結(jié)果表明，與低通濾波方法相比，該方法不僅能快速準(zhǔn)確地檢測出諧波分量，而且能使諧波檢測得到進一步簡化。