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雅砻江流域水电开发有限公司的研究人员汤浩，在2015年第3期《电气技术》杂志上撰文，有源电力滤波器（APF）常用于治理非线性负载对电网电能质量造成的影响，其中的谐波电流指令获取环节常采用ip-iq检测算法，其检测结果往往因锁相环的锁相精度而与实际谐波电流存在一定偏差，而已有的无锁相环谐波电流检测方法在分离基波有功和无功电流上效果不理想。 本文就无锁相环谐波电流检测算法进行研究和改进，提出一种能较好分离基波有功和无功分量的无锁相环单相谐波电流检测算法，该检测算法相比传统方法实时性更好，受频差和电压畸变的影响也更小。本文所提检测算法需要准确分离变换后的低频分量，文中对分离低频分量的若干方法的性能进行对比分析，最后通过仿真验证了所述方法的正确性。 有源电力滤波器（APF）广泛用于改善三相或单相系统带非线性负载时的给电网带来的谐波污染，而谐波和无功电流检测环是APF中的一个重要环节，只有准确的获取补偿指令，才能使APF更好的补偿谐波和无功电流，因此检测精度直接影响APF的最终补偿效果[1,3]。 对于三相系统的谐波和无功电流的检测已有比较成熟的方法，其中基于瞬时无功理论的p-q法和ip-iq法应用最为广泛[2,3]。而在单相系统的谐波治理中，上述方法的运用则需要借助虚拟三相系统来实现。基于瞬时无功的传统谐波电流检测方法都需要利用锁相环来获取与检测相的电压同频同相的正弦参考电压信号。 锁相环一般基于PID闭环控制来实现锁频锁相，而PID为一种线性控制算法，当需要锁相的电压发生波动、畸变以及相频跳变时，锁相环的给定不再是规则的工频正弦波，而是含有大量谐波成分快速变化的信号，因此可能出现失锁或锁相精度低的问题。 在实际应用中，APF多用于治理强非线性负载造成的谐波污染，因此常规检测方法中锁相环节的输出往往存在较大的偏差甚至失锁，其谐波电流检测误差较大，且一旦出现失锁APF不再具有补偿能力而成为谐波源。 为了提高APF中无功和谐波电流检测环节的检测精度和工作的可靠性，文献[4-7]提出无锁相环的谐波电流检测算法，但不论是在三相系统还是单相系统中，这些方法都只能用于提取谐波分量，无法分离基波分量中的有功和无功成分。 文献[8]提出一种基于搜索算法的检测方法，该算法只能用于检测电源电压未发生畸变时的情况，且实时性也不够。文献[9]提出一种在检测电压频率与参考信号频率一致情况下的无锁相环检测方法，但没有考虑存在频率偏差时对检测结果的影响，且该方法利用对基波电流延时来提取有功电流，其实时性也不理想。 传统的有锁相环检测算法和已有的无锁相环检测算法都存在一定的缺陷。为了解决这些问题，本文在已有的无锁相环检测算法基础上，通过一定的改进得出无锁相环检测算法中分离有功和无功分量的单相检测算法。通过仿真分析验证了该检测算法在电源电压的频率和相位发生跳变时检测结果不受影响，且其检测时延小，对电源电压频率变化的动态跟踪性能好。 结论 本文提出一种无锁相环的谐波电流检测算法，该算法不仅可以获取谐波电流指令，也可以检测基波有功和基波无功。与传统的有锁相环谐波检测算法相比，本文所提算法能够省略谐波检测中的锁相环节，避免了锁相环的锁相误差以及失锁对对系统的检测精度和正常工作带来的不利影响，当电源电压发生跌落时也能够准确的检测谐波电流，可用于谐波污染大电能质量恶劣的情况下。 该算法需要提取经过数学变换后产生的低频电压电流分量，检测结果依赖于低频分量提取是否准确。低频分量的提取可以采用低通滤波器或者积分法，低通滤波器在提取频率很低的低频分量时时延较大，精度也不够，而积分法则能够迅速实时的分离低频分量，能够使本文所提的无锁相环谐波电流检测算法体现更好的检测性能。 |
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