混合型有源濾波器采樣及控制電路設(shè)計(jì)(共43頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上混合型有源濾波器采樣及控制電路設(shè)計(jì)Design of Signal Detection and Controlling Circuit of Parallel Active Power Filter專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘 要隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的電力電子裝置被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，為工業(yè)設(shè)備提供了高速、高效和節(jié)能的控制手段，但同時(shí)也給電網(wǎng)注入了不可忽視的無(wú)功以及諧波電流。本文首先介紹了諧波的概念和諧波的危害，闡述了諧波問(wèn)題研究的必要性和緊迫性，并對(duì)諧波抑制的方法作了簡(jiǎn)單的介紹。并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)有源濾波器和無(wú)源濾波器各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及有源濾波器裝置的結(jié)構(gòu)、原理的

2、分析，提出了一種采用有源和無(wú)源相結(jié)合的基于DSP控制器的有源無(wú)源混合濾波器裝置的設(shè)計(jì)方案。并聯(lián)有源電力濾波器主電路設(shè)計(jì)是核心環(huán)節(jié)之一。本文在三相三線并聯(lián)型有源電力濾波器數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)采用空間矢量調(diào)制的有源電力濾波器的工作過(guò)程的研究和分析，揭示了主電路各參數(shù)之間的相互關(guān)系。根據(jù)瞬態(tài)電流跟蹤指標(biāo)的要求推導(dǎo)出并聯(lián)APF輸出電感的估算公式。基于對(duì)電流跟蹤誤差矢量的度量，推導(dǎo)出針對(duì)特定負(fù)載的直流側(cè)電容電壓臨界值表達(dá)式。詳細(xì)介紹了輸出濾波器參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。實(shí)時(shí)、高精度的諧波檢測(cè)是有源電力濾波器的重要部分。本文詳細(xì)地介紹了瞬時(shí)無(wú)功功率理論，選擇檢測(cè)負(fù)載電流的方式以提取諧波。提出了用滑窗迭代作為低通

3、濾波的數(shù)字算法，以快速分離負(fù)載電流中的基波分量得到諧波指令。以全數(shù)字控制為重點(diǎn)，對(duì)電流環(huán)的數(shù)字控制方式，包括數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)做出了比較詳細(xì)的分析。設(shè)計(jì)了基于TMS320LF2407A控制的并聯(lián)型電力有源濾波器，對(duì)其軟硬件構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。關(guān)鍵詞：電力電子；諧波；電力有源濾波器Design of Signal Detection and Controlling Circuit of Parallel Active Power FilterAbstract With the rapid development of the power electronics,more and more p

4、ower electronic equipments have been used in most fields. Being the fast,potent,and economical control means to industrial devices,which, however,have also deteriorated power quality by injecting the non-negligible harmonics and reactive current to the network. The paper introduces the concept of ha

5、rmonics and the harm of harmonics,and demonstrates the necessity of harnessing harnonics harmonics,and briefly introduce several methods of harnessing harmonics. With this understnading, The paper introduces the advantages and disadvantages of passive power filter and active power filter, and analyz

6、es the principle and structure of active power filter equipment.A novel design of APF-PF hybrid filter equipment based on DSP is proposed.Main circuit design is a key part of the systematic design.Based on the model of three-phase three-wire shunt active power filter,the operation of it adopting spa

7、ce vector control is studied and analyzed to reveal the relation of main parameters of APF. According to requirement of instant current tracking,the estimating formula of output inductance is proposed and the critical value of dc bus voltage is derived.The method applied to design parameters of outp

8、ut filter is introduced in detail.Real-time and accurate harmonic detection is the key for practical active filter implementation. Specified introductions of the instantaneous reactive power theory are given,and a sliding window recursive method as the low pass filter is proposed which is supposed t

9、o depart the fundamental current from the load and get the harmonic reference. Focusing on the full digital control,t detailed analysis the design method of digital processing method of the current loop,including digital PI controller.The shunt active power filter based on TMS320LF2407A has been des

10、igned,meanwhile the software and hardware have been introduced in detail.Key Words：Power Electronics; Harmonics; Active Power Filter目 錄引 言早在二十世紀(jì)二、三十年代，在德國(guó)就提出了靜態(tài)整流器產(chǎn)生的波形畸變問(wèn)題。也正是從那時(shí)起，諧波問(wèn)題引起了人們的關(guān)注。電網(wǎng)中的諧波主要是由各種大容量電力和用電變流設(shè)備以及其它非線性負(fù)載產(chǎn)生的，其中主要的諧波源是各種電力電子裝置，包括各種整流裝置、交流調(diào)壓裝置、變流裝置、電弧爐、辦公及家用電器、照明設(shè)施等等。電力機(jī)車(chē)中采用的大容量

11、單相整流裝置，除產(chǎn)生諧波電流外，還引起三相交流供電系統(tǒng)的三相電流不平衡。此外，一些鐵磁非線性設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、變壓器及鐵磁諧振設(shè)備等也是不可忽視的諧波源。所有這些都使得電力系統(tǒng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生高次諧波。 在工業(yè)和生活用電負(fù)載中，感性負(fù)載占有很大的比例。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、變壓器、傳統(tǒng)的日光燈鎮(zhèn)流器等都是典型的感性負(fù)載。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和變壓器所需要的無(wú)功功率在電力系統(tǒng)所提供的無(wú)功功率中占有很高的比例。電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也需要一些無(wú)功功率。一些電力電子裝置，特別是各種相控裝置，如相控整流器、相控交流電力調(diào)節(jié)裝置等，在工作時(shí)基波電流滯后于電網(wǎng)電壓，要吸收大量的無(wú)功功率。工業(yè)用電弧爐在工

12、作時(shí)，不但要吸收大量的無(wú)功功率，且因其電弧不穩(wěn)定，所吸收無(wú)功功率的波動(dòng)也很大。所有這些負(fù)載在正常工作時(shí)，都需要大量的無(wú)功功率。 三相電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序電流的因素可以歸納為事故性和正常性兩類(lèi)，前者是由于三相電力系統(tǒng)中某一相或兩相出現(xiàn)故障所致，而后者是由于三相元件不對(duì)稱所致。對(duì)于事故性因素，一般可由繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置動(dòng)作切除故障元件后在短期內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)正常，從而使負(fù)序電流得到消除。目前在我國(guó)，電氣化鐵路和交流電弧爐產(chǎn)生的負(fù)序電流占電力系統(tǒng)中負(fù)序電流的主要部分。 理想的公用電網(wǎng)所提供的電壓應(yīng)該具有單一固定的頻率以及規(guī)定的電壓幅值。諧波電流和諧波電壓的出現(xiàn)，對(duì)公用電網(wǎng)是一種污染，它使用電設(shè)備所處的環(huán)境

13、惡化，也對(duì)周?chē)耐ㄐ畔到y(tǒng)和公用電網(wǎng)以外的設(shè)備帶來(lái)危害。在電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用以前，人們對(duì)諧波及其危害就進(jìn)行過(guò)一些研究并有一定認(rèn)識(shí)，但那時(shí)諧波污染還不嚴(yán)重，沒(méi)有引起足夠的重視。近三四十年來(lái)，各種電力電子裝置的迅速普及使得公用電網(wǎng)的諧波污染日趨嚴(yán)重，由諧波引起的各種故障和事故也不斷發(fā)生，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們高度的關(guān)注。諧波電流、諧波電壓對(duì)電力系統(tǒng)和用戶的影響及危害，概括起來(lái)，大致可以有以下幾個(gè)方面1：（1） 由于諧波的存在，增加了系統(tǒng)中元件的附加諧波損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用效率；大量的三次諧波流過(guò)中線時(shí)會(huì)使線路過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)。（2） 諧波影響各種電器設(shè)備的正常工作。（3） 當(dāng)

14、諧波頻率與輸電系統(tǒng)固有的特征頻率重合時(shí)，可能會(huì)放大諧波分量，增加設(shè)備的附加損耗和發(fā)熱，造成設(shè)備故障。（4） 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作，并會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不正確。（5）諧波會(huì)對(duì)臨近的通信系統(tǒng)造成明顯得干擾，降低通信質(zhì)量。（6）與弱交流系統(tǒng)連接時(shí)可能出現(xiàn)諧波不穩(wěn)定性。 諧波抑制是提高電能質(zhì)量，保證供電設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要手段之一。減小諧波影響的技術(shù)措施可以從兩方面入手：一是從諧波源出發(fā)，減少諧波的產(chǎn)生；二是安裝濾波裝置。正如前文所述，電力電子裝置是電力系統(tǒng)中最嚴(yán)重、最突出的諧波源。在各種電力電子裝置中，整流裝置所占得比例最大。因此，抑制整流裝置所產(chǎn)生的諧波是諧波治理的重要措施。減

15、少整流裝置諧波輸出、提高功率因數(shù)的發(fā)放概括起來(lái)主要有以下幾種2,3。（1） 多相整流技術(shù)對(duì)大功率相控整流器，一般是采用增加整流相數(shù)的方法，如采用十二相及十二相以上的多相整流電路。通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂?，多相整流能大大減少輸入輸出電流中的諧波。但由于相控整流固有的工作方式以及整流相得增加受到許多限制，因而采用這種整流器的系統(tǒng)中仍然不可避免地存在較大的諧波電流，必須考慮采用另外的濾波措施加以解決。（2） 脈寬調(diào)制整流技術(shù)目前，整流裝置普遍采用晶閘管相控整流電路或二極管不控整流電路。他們的主要缺點(diǎn)是輸入電流諧波分量較大，功率因數(shù)很低。脈寬調(diào)制（PWM：Pulse Width Modulation）控制技術(shù)是

16、首先在直流展播電路和逆變電路中發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。隨著GTO、IGBT等全控型器件的不斷進(jìn)步，正弦波逆變技術(shù)（SPWM：Sine Pulse Width Modulation）已經(jīng)十分成熟，在交流變頻調(diào)速、不間斷電源中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。把逆變電路中的SPWM技術(shù)用于整流電路，就形成了PWM整流電路。（3） 有源功率因數(shù)校正器（APFC：Active Power Factor Correction）近二十年來(lái)，彩電、個(gè)人計(jì)算機(jī)以及大量電子辦公設(shè)備的數(shù)量已經(jīng)十分龐大。這些設(shè)備絕大部分使用帶電容濾波器的二極管整流電路。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但是其輸出電壓不可控，輸入電流含有大量的諧波。因?yàn)閿?shù)量

17、今人的用戶群，這樣的諧波源對(duì)電力系統(tǒng)也構(gòu)成了嚴(yán)重的諧波污染。為了使輸入電流為正弦波，從而提高功率因數(shù)，可以采用有源功率因數(shù)校正技術(shù)，在整流橋和濾波電容之間加一級(jí)用于功率因數(shù)校正的功率變換電路。在用于APFC的功率變換電路中，使用最多的是升壓Boost電路。目前，單相有源功率因數(shù)校正技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在功率開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。無(wú)源濾波器（PF：Passive Filter）也稱為L(zhǎng)C濾波器，是有濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置。無(wú)源濾波器的工業(yè)應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，其設(shè)計(jì)方法穩(wěn)定可靠，有大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)可以參考。在交流系統(tǒng)中，無(wú)源濾波器不僅可以起到濾波

18、作用，而且還可以兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枨?。按照調(diào)諧頻率，無(wú)源濾波器可分為單調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器、三調(diào)諧濾波器和C型濾波器等。 與無(wú)源濾波器相對(duì)的是有源電力濾波器（APF：Active Power Filter）。在上個(gè)世紀(jì)70年代初，日本學(xué)者就提出了有源濾波器的概念4，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。1971年，H.Sasaki和T.Machida發(fā)表的論文中，首次完整的描述了電力有源濾波器的基本原理。但由于當(dāng)時(shí)是采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其損耗大，成本高，因而僅在實(shí)驗(yàn)室中研究，未能在工業(yè)中使用

19、。接著，美國(guó)西屋電氣公司的L.Gyuryi提出利用大功率晶體管組成的PWM逆變器構(gòu)成的電力有源濾波器消除電網(wǎng)諧波5。由于受到當(dāng)時(shí)功率半導(dǎo)體器件水平的限制，電力有源濾波器的研制一直處在實(shí)驗(yàn)研究階段。進(jìn)入80年代以后，因?yàn)榇蠊β士申P(guān)斷器件的不斷進(jìn)步，以及對(duì)非正弦條件下無(wú)功功率補(bǔ)償理論的深入研究，特別是赤木泰文等人提出了“瞬時(shí)無(wú)功功率理論”6，以該理論為基礎(chǔ)的諧波和無(wú)功電流檢測(cè)方法在有源濾波器中得到了成功的應(yīng)用，極大地促進(jìn)了電力有源濾波器的發(fā)展。1988年，F(xiàn).Z.peng等人提出了串聯(lián)有源電力濾波器加并聯(lián)無(wú)源濾波器的結(jié)構(gòu)7，在這種方案中，有源電力濾波器對(duì)諧波呈現(xiàn)高阻抗，而對(duì)基波電流呈現(xiàn)低阻抗。因此

20、有源電力濾波器相當(dāng)于一個(gè)電源和負(fù)載之間的諧波隔離裝置，電網(wǎng)的諧波電壓不會(huì)加在負(fù)載和無(wú)源濾波器上，而負(fù)載的諧波電流也不會(huì)流入電網(wǎng)。1990年，日本的H.Fujit等人提出了將有源電力濾波器與無(wú)源濾波器相串聯(lián)的混合有源濾波方案8，其中有源電力濾波器為電流控制電壓源，產(chǎn)生與電源電流中諧波分量成比例的電壓，實(shí)際上該方案可以等效為F.Z.peng的方案。由于注入變壓器聯(lián)結(jié)在Y型聯(lián)接的無(wú)源濾波器的中性點(diǎn)，保護(hù)和隔離方便，因此更適合于高壓系統(tǒng)應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)主要以無(wú)源濾波器抑制電網(wǎng)諧波為主，在有源濾波器的開(kāi)發(fā)和使用方面還僅限于實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置，并有少量的工業(yè)樣機(jī)投入試驗(yàn)運(yùn)行。華北電力試驗(yàn)研究所、冶金部自動(dòng)化研究院

21、曾聯(lián)合進(jìn)行過(guò)APF的研發(fā)。西安交通大學(xué)己研制出120KVA并聯(lián)電力有源濾波器。為了改善調(diào)諧濾波器的性能，可以采用一種自調(diào)諧濾波器，它能連續(xù)調(diào)節(jié)電容和電感（通常是調(diào)節(jié)電感量），保持濾波器在諧振點(diǎn)附近工作，消除了頻偏時(shí)失諧的影響。自調(diào)節(jié)濾波器的品質(zhì)因數(shù)Q可以選取較大值，這樣既提高了濾波效果，又降低了濾波器的損耗。本文主要針對(duì)無(wú)功與諧波補(bǔ)償，采用了無(wú)源和有源相結(jié)合的補(bǔ)償方案，其中無(wú)源補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的使用可以增大裝置的補(bǔ)償容量，降低其單位容量的性能造價(jià)，而有源濾波器的使用可以實(shí)現(xiàn)諧波的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。重點(diǎn)研究有源無(wú)源混合濾波器裝置的主電路和控制電路的設(shè)計(jì)以及軟件實(shí)現(xiàn)等問(wèn)題，搭建了主電路的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 1 有源電力濾

22、波器1.1 有源濾波器的構(gòu)成與基本工作原理 有源濾波器的基本思想如圖1.1。圖中，諧波源一般為非線性負(fù)載，如整流器等，產(chǎn)生諧波電流Ih ；供電系統(tǒng)一般為被保護(hù)對(duì)象；有源電力濾波器表現(xiàn)為流控電流源，它的作用是產(chǎn)生和諧波源諧波電流具有相同幅值而相位相反的補(bǔ)償電流-Ih來(lái)達(dá)到消除諧波的目的。與無(wú)源濾波器相比，有源電力濾波器是一種主動(dòng)型的補(bǔ)償裝置，具有較好的動(dòng)態(tài)性能。有源電力濾波器是近年來(lái)電力電子領(lǐng)域的熱門(mén)話題。目前，有源濾波技術(shù)已經(jīng)在日本、美國(guó)等少數(shù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到應(yīng)用，有工業(yè)裝置投入運(yùn)行，其裝置容量最高可到20MVA；國(guó)內(nèi)對(duì)有源電力濾波器的研究尚處于起步階段。圖1.1 有源電力濾波器1.2 有源電

23、力濾波器的分類(lèi)及優(yōu)點(diǎn)1.2.1 有源電力濾波器的分類(lèi)從不同的觀點(diǎn)出發(fā)，有源電力濾波器具有不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)9。（1） 根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器可以分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、串-并聯(lián)型和混合型四大類(lèi)。這四大類(lèi)的具體劃分如圖1.2所示。有源電力濾波器并聯(lián)型串聯(lián)型串并聯(lián)型單獨(dú)使用方式與LC濾波器混合使用方式合使用方式注入電路方式與旋轉(zhuǎn)電機(jī)并用方式與LC濾波器并聯(lián)與LC濾波器串聯(lián)LC串聯(lián)諧振方式LC并聯(lián)諧振方式單獨(dú)使用方式與LC濾波器混合使用方式混合型圖1.2 有源電力濾波器系統(tǒng)構(gòu)成的分類(lèi)每一種類(lèi)型的有源電力濾波器結(jié)構(gòu)不同，因而其工作原理、特性也各不相同。串聯(lián)型有源濾波器經(jīng)耦合變壓器串接入電力線路，如

24、圖1.3所示，其可等效為一個(gè)受控電壓源，主要是消除電壓型諧波以及系統(tǒng)側(cè)電壓諧波與電壓波動(dòng)對(duì)敏感負(fù)載的影響。串聯(lián)型有源濾波器應(yīng)用在直流系統(tǒng)中時(shí)，耦合變壓器的系統(tǒng)接入側(cè)很容易出現(xiàn)直流磁飽和問(wèn)題，所以只在交流系統(tǒng)中采用。與并聯(lián)型有源電力濾波器相比，由于串聯(lián)型有源電力濾波器中流過(guò)的是正常負(fù)荷電流，因而損耗較大；此外，串聯(lián)型有源電力濾波器的投切、故障后的退出及各種保護(hù)也較并聯(lián)型有源電力濾波器復(fù)雜。目前單獨(dú)使用串聯(lián)型有源電力濾波器的例子較少，研究多集中在其與LC無(wú)源濾波器所構(gòu)成的串聯(lián)混合有源電力濾波器上。并聯(lián)型有源濾波器與系統(tǒng)并聯(lián)等效為一個(gè)受控電流源，如圖1.4所示。有源濾波器向系統(tǒng)注入與諧波電流大小相等

25、，方向相反的電流，從而達(dá)到濾波的目的。并聯(lián)型有源電力濾波器主要適用于電流型感性負(fù)載的諧波補(bǔ)償，技術(shù)上已相當(dāng)成熟，工業(yè)上已投入運(yùn)行的有源電力濾波器多采用此方案。與串聯(lián)型有源電力濾波器相比，并聯(lián)型有源電力濾波器通過(guò)耦合變壓器并入系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成影響，具有投切方便靈活以及各種保護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但是當(dāng)單獨(dú)使用并聯(lián)型有源電力濾波器來(lái)濾除諧波時(shí)，有源電力濾波器要求容量很大，這樣會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，如工程造價(jià)高、電磁干擾、結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及高的功率損耗等。圖1.5所示為串-并聯(lián)新型有源電力濾波器，被稱之為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）。它綜合了串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種結(jié)構(gòu)，共同組成一個(gè)完整的用戶電力裝置來(lái)解決電能

26、質(zhì)量綜合性問(wèn)題。其中，直流側(cè)電容器或電感器儲(chǔ)能裝置是串聯(lián)型和并聯(lián)型有源電力濾波器所公用的，串聯(lián)有原地那里濾波器起到補(bǔ)償電壓諧波、消除系統(tǒng)不平衡、調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)或閃變以及改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性或阻尼震蕩的作用；并聯(lián)變流器起到補(bǔ)償電流諧波與不平衡。補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功、調(diào)節(jié)變流器直流側(cè)電壓的作用。因此這種統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間不間斷供電、蓄能、無(wú)功補(bǔ)償、抑制諧波、消除電壓波動(dòng)及閃邊、維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定等功能，被認(rèn)為是最理想的有遠(yuǎn)濾波器的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)既可用于三相系統(tǒng)，又可以用于單相系統(tǒng)。但是其主要缺陷在于成本較高（需要較多的開(kāi)關(guān)器件）和控制復(fù)雜。圖1.3 串聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1.4 并聯(lián)

27、型有源電力濾波器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1.5 串-并聯(lián)型有源電力濾波器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1.6所示為混合型濾波器，它是有源濾波器和無(wú)源濾波器的組合結(jié)構(gòu)。這種濾波器結(jié)構(gòu)目前非常普遍，因?yàn)樗⒙?lián)的LC無(wú)源濾波器部分消除了大量的低次諧波，因而有源濾波器部分的容量可以做到很小（負(fù)荷容量的5%左右），這樣大大減少了有源濾波器的體積和成本。它可以同時(shí)消除電壓和電流諧波，而且成本相對(duì)來(lái)說(shuō)較低，因而非常受歡迎。但是這種結(jié)構(gòu)的濾波器的缺點(diǎn)在于只能針對(duì)特定負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償，負(fù)荷運(yùn)行狀況變化較大的時(shí)候補(bǔ)償性能不好。圖1.6 混合型有源濾波器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2） 根據(jù)接入電網(wǎng)的方式，有源電力濾波器還可以分為直接接入和通過(guò)無(wú)源濾波

28、器間接接入電網(wǎng)兩種方式。（3） 按有源電力濾波器中逆變器直流側(cè)儲(chǔ)能元件的不同，有源電力濾波器又可分為電壓型有源電力濾波器（儲(chǔ)能元件為電容）和電流型有源電力濾波器（儲(chǔ)能元件為電感）。（4） 根據(jù)補(bǔ)償系統(tǒng)的相數(shù)來(lái)分類(lèi)，有源濾波器可分為單相和三相兩種，三相系統(tǒng)又分為三相三線制三相四線制。（5） 根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合分，有源電力濾波器還可以分為應(yīng)用在直流系統(tǒng)（主要是高壓直流輸電系統(tǒng)）的有源直流濾波器和應(yīng)用在交流系統(tǒng)的有源濾波器。1.2.2 有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)與無(wú)源濾波器相比，有源電力濾波器具有高度可控性和快速響應(yīng)性，其具體特點(diǎn)如下：（1） 具有自適應(yīng)功能，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可對(duì)頻率和大小都變化的諧波以及變化的

29、無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償對(duì)象的變化有極快的響應(yīng)。（2） 可同時(shí)對(duì)諧波和無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償無(wú)功功率時(shí)不需要儲(chǔ)能元件，補(bǔ)償諧波時(shí)所需儲(chǔ)能元件的容量不大，且補(bǔ)償無(wú)功功率的大小可以做到連續(xù)調(diào)節(jié)。（3） 受電網(wǎng)阻抗的影響不大，不容易和電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振；且可以跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補(bǔ)償性能受電網(wǎng)頻率變化的影響。盡管有源電力濾波器有著無(wú)源濾波器所不具備的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但目前要想在電力系統(tǒng)中完全取代無(wú)源濾波器還不太現(xiàn)實(shí)。這是因?yàn)榕c無(wú)源濾波器相比較，有源電力濾波器的成本較高，這一點(diǎn)是限制有源電力濾波器推廣使用的關(guān)鍵。隨著電力電子工業(yè)的發(fā)展，期間的性價(jià)比將不斷提高，有源電力濾波器必然會(huì)達(dá)到廣泛應(yīng)用。1.3 主

30、電路參數(shù)的計(jì)算在有源電力濾波器的整個(gè)系統(tǒng)模型中，直流側(cè)電壓、直流側(cè)電容以及交流側(cè)輸出平波電抗器三個(gè)值對(duì)濾波的效果有著很大的影響。主電路容量也是不可忽略的問(wèn)題，它關(guān)系到有源電力濾波器的制造價(jià)格，硬件等級(jí)等一系列問(wèn)題。1.3.1 主電路的容量對(duì)并聯(lián)型有源電力濾波器來(lái)說(shuō)，主電路的容量為： （1.1）式中，交流輸入的相電壓并聯(lián)型有源電力濾波器提供的補(bǔ)償電流1.3.2 直流側(cè)電壓的計(jì)算有源電力濾波器正常工作時(shí)，輸出的補(bǔ)償電流在指令電流兩側(cè)呈鋸齒波狀跟隨其變化。對(duì)a相補(bǔ)償電流分析，忽略線路電阻的作用，有： （1.2）式中，開(kāi)關(guān)函數(shù)，取或者表示并聯(lián)型有源電力濾波器輸出補(bǔ)償電流的變化率，它要大于或者等于負(fù)載電

31、流的變化率，并聯(lián)型有源電力濾波器輸出補(bǔ)償電流才能實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)載電流的變化，所以為衡量并聯(lián)型有源電力濾波器性能的重要指標(biāo)。假定當(dāng)（為a相補(bǔ)償電流的指令值），有源電力濾波器a相橋臂的上開(kāi)關(guān)器件應(yīng)該關(guān)斷，下開(kāi)關(guān)器件應(yīng)該導(dǎo)通。若取，則： （1.3）要使實(shí)際補(bǔ)償電流更好的跟蹤，此時(shí)必須減小，即： （1.4）將式（1.4）代入式（1.3），可得： （1.5）考慮到最嚴(yán)重的情況，即令： （1.6）即主電路直流側(cè)電壓值應(yīng)大于有源電力濾波器與供電系統(tǒng)連接點(diǎn)的相電壓峰值的3倍。在此基礎(chǔ)上直流側(cè)電壓越大，補(bǔ)償電流的跟隨性能越好，但開(kāi)關(guān)器件耐壓要求也越高，因此要綜合考慮。本文在三相220V供電系統(tǒng)下，結(jié)合開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)

32、頻率和控制策略，取。1.3.3 直流側(cè)電容值的計(jì)算有源電力濾波器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)很難將主電路直流側(cè)電壓控制在某一恒定值。直流側(cè)電壓波動(dòng)的根本原因在于補(bǔ)償電流在交流電源和有源電力濾波器之間的能量脈動(dòng)。如果電容值選擇得過(guò)小，主電路直流側(cè)電壓波動(dòng)就會(huì)過(guò)大，影響有源電力濾波器的補(bǔ)償效果;而如果電容值選擇過(guò)大，則主電路直流側(cè)電壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，電容體積和造價(jià)也會(huì)增加?？紤]到有源電力濾波器在正常工作時(shí)直流側(cè)電容始終工作在充放電的狀態(tài)，設(shè)某一PWM周期內(nèi)，直流側(cè)電容電壓的最大允許偏離設(shè)定值為，則有： （1.7）式中，PWM脈沖的頻率； 流過(guò)電容的電流最大值所以，可以算得直流側(cè)電容值： （1.8）本文構(gòu)造的系統(tǒng)中，

33、通過(guò)計(jì)算得出直流側(cè)電容容量為4000。1.3.4 交流電抗器的選取有源電力濾波器的補(bǔ)償特性主要取決于輸出補(bǔ)償電流對(duì)于補(bǔ)償指令電流的跟蹤控制能力。因此主電路交流側(cè)電抗器的取值應(yīng)保證有源電力濾波器具有跟隨指令電流最大變化率的能力。（1）電抗器最大取值的計(jì)算若設(shè)a相電源電壓為： （1.9）則由式（2.3）可得： （1.10）所以，主電路電抗器的最大值為： （1.11）上式中，對(duì)于不同的諧波源和不同的補(bǔ)償要求補(bǔ)償指令電流是不盡相同的，其中最大電流變化率與補(bǔ)償電流的具體形式密切相關(guān)。也可粗略的用以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。 （1.12）式中，為基波電流頻率，且當(dāng)補(bǔ)償電流只補(bǔ)償諧波時(shí)： （1.13）當(dāng)補(bǔ)償電流補(bǔ)償諧

34、波以及無(wú)功電流時(shí)： （1.14）（2）電抗器最小取值的計(jì)算如果電抗器取值過(guò)小，則會(huì)使補(bǔ)償電流的紋波過(guò)大，從而影響有源電力濾波器的補(bǔ)償效果。因此電抗器的最小取值應(yīng)主要由主電路開(kāi)關(guān)器件所產(chǎn)生的紋波來(lái)決定，電抗器的作用是將其在補(bǔ)償電流上產(chǎn)生的紋波限制在一定范圍內(nèi)。若有源電力濾波器的實(shí)際輸出電流中偏離指令電流的最大允許值為則： （1.15）由式（2.3）以及式（2.10）可得： （1.16）那么： （1.17）電抗器的最小取值為： （1.18）在對(duì)有源電力濾波器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可根據(jù)式(1.12)和(1.18)并結(jié)合實(shí)際情況對(duì)交流側(cè)電抗器的參數(shù)進(jìn)行選取和調(diào)整。但是，從有源電力濾波器工作角度來(lái)講，保證

35、補(bǔ)償電流跟隨指令電流的變化與限制補(bǔ)償電流紋波本身就是矛盾的。解決辦法是以犧牲限制補(bǔ)償電流中紋波電流為代價(jià)，而盡可能首先保證補(bǔ)償電流跟蹤指令電流的變化，如果補(bǔ)償電流中的紋波過(guò)大，可另加紋波濾波裝置。在本文構(gòu)造的系統(tǒng)中，根據(jù)上述公式的計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)的情況，取平波電抗器的值為。 2 諧波與無(wú)功電流檢測(cè)2.1 諧波與無(wú)功電流檢測(cè)方法現(xiàn)狀有源電力濾波器要能夠動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功，對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，準(zhǔn)確而快速地檢測(cè)諧波和無(wú)功電流是首要環(huán)節(jié)，也是決定有源電力濾波器補(bǔ)償性能好壞的重要環(huán)節(jié)。自從有源電力濾波器原理被提出以來(lái)，諧波和無(wú)功電流的檢測(cè)便引起了廣泛的研究，至今已發(fā)展出提取基

36、波分量法、基于快速傅立葉變換(FFT)的數(shù)字分析法、自適應(yīng)檢測(cè)法和基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)法以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的p-q法和ip-iq法，這些方法的核心思想基本上可以歸結(jié)為以下幾類(lèi)10：（1） 從負(fù)荷電流中提取基波分量和諧波分量，提取基波分量法、基于快速傅立葉變換都是基于該思想的諧波檢測(cè)法; （2） 以系統(tǒng)電壓的頻率和相位來(lái)獲得所需的補(bǔ)償分量，ip-iq法便是基于該思想的諧波檢測(cè)方法;（3） 結(jié)合系統(tǒng)電壓和負(fù)荷電流信息來(lái)提取負(fù)荷電流中的諧波分量和無(wú)功分量，p-q法就是基于該思想的檢測(cè)方法。 最早的檢測(cè)方法是通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)的，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，諧波和無(wú)功電流的檢測(cè)已被數(shù)字檢測(cè)

37、方法所取代。采用模擬電路來(lái)獲取諧波和無(wú)功電流的優(yōu)點(diǎn)是快速、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但是其缺點(diǎn)也是很明顯的。由于模擬濾波器引起的相位和幅值誤差比較大，而且高精度的模擬濾波器很難設(shè)計(jì)，對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)和電路元件參數(shù)十分敏感，因而已極少采用。采用數(shù)字技術(shù)能夠很好地克服模擬電路檢測(cè)技術(shù)固有的缺點(diǎn)，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前常用的諧波和無(wú)功電流檢測(cè)方法有： （1） 基于傅立葉分析的FFT算法。隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始采用傅立葉分析的方法來(lái)檢測(cè)諧波和無(wú)功電流。這種方法根據(jù)采集到的一個(gè)電源周期的電流值進(jìn)行FFT分解，得到各次諧波的幅值和相位系數(shù)，再進(jìn)行FFT反變換，合成出總的諧波電流。該方法是建立在傅立葉分析

38、的基礎(chǔ)上，因此要求被補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问侵芷谧兓?，而且需要?yán)格的同步采樣，否則會(huì)產(chǎn)生頻譜泄露，帶來(lái)較大誤差。在這種方法中，整個(gè)分析周期里各次諧波的幅值和初相位角都被認(rèn)為是不變的，因此如果電網(wǎng)諧波在該周期里有較大的波動(dòng)，則會(huì)引起較大的檢測(cè)誤差。該方法的缺點(diǎn)是需要測(cè)得一個(gè)周期的電流值，且需進(jìn)行兩次變換，計(jì)算量大，需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間，從而使得檢測(cè)方法具有較長(zhǎng)時(shí)間的延遲，檢測(cè)的結(jié)果實(shí)際上是較長(zhǎng)時(shí)間前的諧波和無(wú)功電流，實(shí)時(shí)性不好，只適合于變換緩慢的負(fù)載。 （2） 同步檢測(cè)法。該方法計(jì)算系統(tǒng)平均功率，并按一定的規(guī)則在三相內(nèi)平均分配。它又分為等功率法、等電流法和等電阻法，即把補(bǔ)償分量分配到三相去，分別補(bǔ)償后的每

39、相功率、電流或電阻相等。補(bǔ)償后的電流均為與相電壓同相位的正弦波，基本消除了無(wú)功和諧波成分，并且采用同步測(cè)定法的三種途徑，還可以校正功率因數(shù)，減少線路損耗，平衡線路電流。但是這種方法無(wú)法分別產(chǎn)生正序無(wú)功、負(fù)序無(wú)功和諧波電流補(bǔ)償信號(hào)，因此只能現(xiàn)實(shí)對(duì)正序無(wú)功、負(fù)序無(wú)功和諧波電流的綜合補(bǔ)償。而且，這種方法需要進(jìn)行較多計(jì)算，時(shí)間延時(shí)大，這些都大大限制了它的應(yīng)用范圍。 （3） 瞬時(shí)無(wú)功功率法?；谒矔r(shí)無(wú)功功率理論的瞬時(shí)空間矢量法是目前有源電力濾波器中應(yīng)用最廣的一種檢測(cè)方法，最早是由日本學(xué)者Akagi.H于1984年提出的，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，現(xiàn)包括p-q法和ip-iq法。其中，p-q法適用于電網(wǎng)電壓對(duì)稱且無(wú)畸變

40、情況下諧波電流的檢測(cè)；ip-iq法不僅在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)適用，在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)也同樣有效。這種理論上可檢測(cè)出除基頻分量外的所有高頻分量，同時(shí)可檢測(cè)出無(wú)功電流分量。在只檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，可以完全無(wú)延時(shí)的得出檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)諧波電流時(shí)，因被檢測(cè)對(duì)象電流中諧波的構(gòu)成和采用濾波器的不同，會(huì)有不同的延時(shí)，但延時(shí)最多不超過(guò)一個(gè)電源周期。對(duì)于電網(wǎng)中最典型的諧波源三相橋整流器，其檢測(cè)的延時(shí)約為1/6周期。 （4） 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)檢測(cè)法。近幾年還出現(xiàn)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)諧波電流檢測(cè)法，將電壓作為參考輸入，負(fù)載電流作為原始輸入，從負(fù)載電流中消去與電壓波形相同的有功分量，得到需要補(bǔ)償?shù)闹C波與無(wú)功分量。該自適應(yīng)檢

41、測(cè)法的特點(diǎn)是在電壓波形畸變情況下也具有較好的自適應(yīng)能力，缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度較慢。 （5） 其它檢測(cè)算法。主要是指隨著自動(dòng)化技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展起來(lái)的各種優(yōu)化算法和預(yù)測(cè)算法，如小波變換、自適應(yīng)預(yù)測(cè)技術(shù)等。這些智能算法的引入使得計(jì)算精度高，響應(yīng)好，但是，這些方法的現(xiàn)實(shí)，必須通過(guò)一系列復(fù)雜計(jì)算過(guò)程，計(jì)算量大，難在有源電力濾波器工程中應(yīng)用。2.2 傅里葉分析的FFT算法基于FFT的數(shù)字分析法原理比較簡(jiǎn)單，其原理為將檢測(cè)到的一個(gè)周期的諧波信號(hào)用FFT分解，即得到各次諧波的幅值和相位，從而也得到了各次諧波的表達(dá)式。采用FFT快速算法可以很快檢測(cè)到測(cè)量波形中的各次諧波，但這種方法的缺點(diǎn)是需要一個(gè)周期的采樣

42、數(shù)據(jù)，所以具有較大的延時(shí)，不能稱為快速檢測(cè)方法。目前通用的方法是采用移動(dòng)窗口方法，即每次得到一個(gè)新的數(shù)據(jù)，則剔除一個(gè)時(shí)間最早的數(shù)據(jù)，將新數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)一起構(gòu)成新的數(shù)據(jù)窗，進(jìn)行FFT分析得到各次諧波。這樣每個(gè)采樣點(diǎn)是逐步加入進(jìn)來(lái)的，當(dāng)系統(tǒng)諧波含量發(fā)生突變時(shí)，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)周期的測(cè)量，F(xiàn)FT分析得到的基波及諧波才能完全跟上系統(tǒng)諧波的變化。所以基于FFT的數(shù)字分析方法存在一周期的延時(shí)。FFT方法思路比較簡(jiǎn)明，原理和工作過(guò)程十分清晰，對(duì)所補(bǔ)償?shù)闹C波可以進(jìn)行有目的選擇，適用于各種情況。但缺點(diǎn)是這種方法由于需要對(duì)誤差信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，運(yùn)算較為復(fù)雜，故具有一定的延時(shí)，實(shí)施性較差；而且該方法是建立在Fourier分

43、析的基礎(chǔ)上，因此要求被補(bǔ)償?shù)牟ㄐ问侵芷谛宰兓模駝t會(huì)帶來(lái)較大誤差，所以限制了其使用范圍。2.3 基于三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流檢測(cè)2.3.1 基于-坐標(biāo)系下的三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論首先于1983年由赤木泰文提出，此后該功率理論體系不斷地得到發(fā)展。赤木泰文提出的三相瞬時(shí)無(wú)功功率理論也稱作p-q理論11。假定所研究的系統(tǒng)為三相三線制系統(tǒng)，三相電流、電壓的瞬時(shí)值分別用ia，ib，ic和ea，eb，ec表示，由于為三相三線制系統(tǒng)，所以三相電壓與電流滿足ia+ib+ic=0，ea+eb+ec=0。因而三相三線制系統(tǒng)中電流和電壓信號(hào)實(shí)際上只有兩項(xiàng)是獨(dú)立的，為此利用電力系統(tǒng)分析中

44、常用的-變換，可以講三相電流、電壓信號(hào)變換為正交的-坐標(biāo)系中的向量。令 （2.1）則三相電流、電壓信號(hào)可以變換為-坐標(biāo)系中的向量，即, （2.2）定義瞬時(shí)有功功率p和無(wú)功功率q為： （2.3）其中，定義為二維空間中的向量的交叉運(yùn)算，其定義如下，即 （2.4）現(xiàn)在假定系統(tǒng)三相電壓和電流均為正序基波正弦信號(hào)時(shí)，設(shè)三相電壓、電流分別為： （2.5） （2.6）則對(duì)應(yīng)的-坐標(biāo)系中的向量為 （2.7） （2.8）所以得到瞬時(shí)有功功率與無(wú)功功率為, （2.9）令，分別為相電壓和相電流的有效值，得， （2.10）從式（2.10）中可以看出，在系統(tǒng)三相電壓和電流均為基波正序電壓和電流時(shí)，按照上面定義計(jì)算出的瞬

45、時(shí)有功功率和無(wú)功功率p、q只包含直流分量，且與通常的三相有功功率與無(wú)功功率的計(jì)算結(jié)果一致。注意到這里計(jì)算有功功率和無(wú)功功率只用了一個(gè)時(shí)刻三相電壓和電流的數(shù)值，因此稱為瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，而傳統(tǒng)的三相有功功率和無(wú)功功率的計(jì)算需要一周期的三相電壓與電流的數(shù)值。所以這種功率計(jì)算的方法大大提高了功率計(jì)算的速度。在圖2.1所示的-平面上，e,e和i,i分別合成為（旋轉(zhuǎn)）電壓矢量和電流矢量。0eiipiqi圖2.1 -平面上各電壓、電流的矢量2.3.2 p-q算法假設(shè)三相系統(tǒng)電壓為純基波正序電壓，而三相電流中除基波正序電流外還存在基波負(fù)序電流以及諧波電流，則采用p-q法計(jì)算出瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功

46、功率中除含有直流分量外還存在諧波分量，即 （2.11）所以，如果對(duì)瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率進(jìn)行低通濾波，濾除其中的諧波分量，則得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率中的直流分量和。令直流功率分量向量為 （2.12）利用式（2.3）可以求出其中代表基波正序電流的分量，即 （2.13） 再反變換即可得到三相電流中的基波正序分量，即 （2.14）由于三相電流中除了含有基波正序分量、諧波電流分量外還含有基波負(fù)序電流分量，因此要檢測(cè)出諧波分量還需要求出基波負(fù)序電流分量。為此構(gòu)造負(fù)序電壓分量，即 （2.15）利用構(gòu)造的基波負(fù)序電壓向量，同樣計(jì)算瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率為 （2.16）所以，如果對(duì)瞬時(shí)有功率和瞬

47、時(shí)無(wú)功功率進(jìn)行低通濾波，濾除其中的諧波分量，則得到瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率中的直流分量和，令直流功率分量向量為 （2.17）利用式（2.3）可以求出其中代表基波負(fù)序電流的分量，即 （2.18）再反變換即可得到三相電流中的基波負(fù)序分量，即 （2.19）因此可以求出三相電流中的諧波分量為 （2.20）令上式中的=0，即可得基波有功電流分量，該分量與被檢測(cè)電流相減即可得同時(shí)進(jìn)行無(wú)功、諧波補(bǔ)償時(shí)的補(bǔ)償分量。由于是通過(guò)p、q進(jìn)而求出所需的各種補(bǔ)償分量，因此該方法又稱為p-q法（見(jiàn)圖2.2）。-變換形成向量-變換形成向量點(diǎn)積與交叉運(yùn)算點(diǎn)積與交叉運(yùn)算低通濾波低通濾波低通濾波低通濾波反變換反變換+-圖2.2

48、 p-q法諧波檢測(cè)原理 當(dāng)系統(tǒng)三相電壓中不含諧波且為基波正序電壓時(shí)，運(yùn)用該方法可以迅速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出被檢電流中的諧波分量和（或）無(wú)功分量，克服了傳統(tǒng)方法中時(shí)延長(zhǎng)、精度低、無(wú)法單獨(dú)提取諧波分量和無(wú)功分量等缺點(diǎn)。但是當(dāng)系統(tǒng)電壓波形畸變時(shí)，由于e和e均含有諧波，并且、不僅是基波電流與基波電壓相作用的結(jié)果，而且還包含其他同此諧波的電壓和電力相作用的結(jié)果，因此按照式（2.14）計(jì)算出的iaf1，iaf2，iaf3也將含有諧波，從而影響諧波檢測(cè)的精度，并且電壓波形畸變?cè)絿?yán)重，檢測(cè)結(jié)果的精度越低。此外，由于該方法無(wú)法反映零序分量的大小，因此該方法不適用于三相四線制系統(tǒng)中的諧波電流檢測(cè)。雖然上述方法可以較快檢

49、測(cè)出三相三線制系統(tǒng)電流中的諧波分量，但由于求瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率時(shí)為了求出直流分量采用了濾波，因而必然存在延時(shí)，一般地延遲時(shí)間約為幾個(gè)毫秒。2.3.3 ip-iq算法在上面介紹的三相三相之系統(tǒng)電流諧波的p-q法快速檢測(cè)的精度受電壓質(zhì)量的影響，即如果系統(tǒng)三相電壓中存在負(fù)序分量或諧波分量，則瞬時(shí)功率的直流分兩種可能會(huì)包含電壓的負(fù)序分量或諧波分量與電流中負(fù)序分量或諧波分量作用的結(jié)果，在此情況下，上面介紹的諧波檢測(cè)方法就會(huì)存在誤差。為了克服三相電壓存在的負(fù)序分量或諧波分量的不足，我們可以采用添加虛擬正序電壓向量或負(fù)序電壓向量代替真實(shí)的電壓向量，從而提高三相電流諧波檢測(cè)的精度。具體的做法如下。在-坐標(biāo)

50、系內(nèi)構(gòu)造虛擬單位正序電壓向量和虛擬單位負(fù)序電壓分量，即， （2.21）利用上述電壓分量分別與-坐標(biāo)系內(nèi)電流向量計(jì)算瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率，即 （2.22） （2.23）對(duì)式（2.22）與式（2.23）進(jìn)行低通濾波，得到其直流分量，定義正序與負(fù)序直流功率向量分別為， （2.24）因此可以求出正序電流基波向量和負(fù)序電流基波向量分別為 （2.25） （2.26）反變換可以得到a、b、c三相的正序基波電流和負(fù)序基波電流，即 （2.27） （2.28）所以得到三相電流中的諧波分量為 （2.29）上述即為ip-iq法12-14，該方法由于沒(méi)有直接使用系統(tǒng)電壓信息，因此檢測(cè)結(jié)果的精度不受系統(tǒng)電壓波形畸變

51、與否的影響，克服了p-q法受系統(tǒng)電壓波形影響的不足（見(jiàn)圖2.3）。-變換形成向量形成虛擬單位向量點(diǎn)積與交叉運(yùn)算點(diǎn)積與交叉運(yùn)算低通濾波低通濾波低通濾波低通濾波反變換反變換+-圖2.3 改進(jìn)的基于虛擬正序、負(fù)序單位向量的諧波檢測(cè)方法2.3 數(shù)字低通濾波器的選擇從前面研究的諧波檢測(cè)方法可以看到，每一種檢測(cè)方法都需要使用低通濾波器，目的是分離出基波分量后再除去，以獲得所需的諧波分量。應(yīng)當(dāng)指出的是，基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)方法，由于采用了低通濾波器，需經(jīng)一定的延遲時(shí)間才能得到準(zhǔn)確的直流分量。因此使得檢測(cè)結(jié)果有一定的延時(shí)，但延遲時(shí)間最多也不會(huì)超過(guò)一個(gè)電源周期。產(chǎn)生延遲時(shí)間的主要原因就是低通濾波器的影

52、響。所以為了準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地用基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波檢測(cè)方法檢測(cè)出諧波分量，必須分析研究低通濾波器對(duì)諧波檢測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的影響。2.3.1 傳統(tǒng)數(shù)字低通濾波器在諧波檢測(cè)環(huán)節(jié)所用到的低通濾波器15通常有、等。對(duì)于具有同樣階數(shù)的濾波器，當(dāng)截止頻率選得比較低時(shí)，濾波器的檢測(cè)精度最高，這是因?yàn)樗念l率特性在零點(diǎn)附近最好。如果要求截止頻率大一些，則用濾波器的檢測(cè)精度最高，濾波器次之，稍差一些，最差，這是由濾波器阻帶的衰減特性決定的。而用濾波器時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程最快，因?yàn)樗臅r(shí)延特性最好。雖然這些濾波器在設(shè)計(jì)中都有相應(yīng)的模型，參數(shù)的計(jì)算與設(shè)定十分方便，但是，實(shí)際中的實(shí)現(xiàn)仍然存在一定的難度，特別是在定點(diǎn)的數(shù)

53、字信號(hào)處理器（DSP）中，對(duì)復(fù)雜小數(shù)的計(jì)算精度無(wú)法滿足要求。2.3.2 滑窗迭代法本文采用另外一種低通濾波器的設(shè)計(jì)方法，即滑窗迭代法16,17。根據(jù)上一節(jié)的分析，我們知道進(jìn)入低通濾波器之前的信號(hào)中，代表有功電流直流分量，與負(fù)載的基波有功功率相對(duì)應(yīng)；代表無(wú)功電流直流分量，與負(fù)載基波的無(wú)功功率相對(duì)應(yīng)。當(dāng)APF作諧波補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，低通濾波器的目的即是分離出這些信號(hào)中的直流分量。除去基波電流之外的諧波信號(hào)對(duì)應(yīng)的交流分量，對(duì)其一個(gè)周期內(nèi)的所有采樣點(diǎn)累加，和為零。而對(duì)于一個(gè)直流信號(hào)，在一個(gè)正弦周期內(nèi)進(jìn)行所有采樣點(diǎn)累加后除以采樣點(diǎn)數(shù)結(jié)果仍然為該直流信號(hào)。如果只考慮一個(gè)周期，我們將進(jìn)入低通濾波器前的信號(hào)按采樣點(diǎn)進(jìn)行累加后除以采樣點(diǎn)數(shù)，結(jié)果即為該直流信號(hào)。這樣分離出直流信號(hào)的意義是十分明了的，操作也十分簡(jiǎn)單，只需要對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的所有采樣點(diǎn)進(jìn)行求和即可?？紤]到，根據(jù)交流信號(hào)每個(gè)周期的重復(fù)性以及在有源濾波中對(duì)信號(hào)實(shí)時(shí)變化靈敏度的要求，我們當(dāng)采樣第