有源濾波器諧波檢測方法研究

周俊++劉明

摘要：伴隨諧波對電力系統(tǒng)污染的日益嚴重，諧波檢測顯得尤為重要。作為諧波檢測的重要方法之一，基波幅值分離法具備電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，因此成為現(xiàn)實檢測中比較受歡迎的即時檢測方式。

關(guān)鍵詞：有源濾波器 諧波 檢測

中圖分類號：TM72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0107-01

隨著科技的發(fā)展，越來越多的電力電子裝置進入人類的生活和生產(chǎn)，給電網(wǎng)帶來了更多的諧波污染，使電能質(zhì)量急劇惡化，從而導(dǎo)致更多的事故發(fā)生，其帶來的其他問題也隨之增加，威脅著整個電網(wǎng)的安全運行。所以，通過消除諧波來改善電能質(zhì)量成為一個急需解決的問題。諧波檢測方法是有源電力濾波的關(guān)鍵技術(shù)。

1 諧波檢測方法的種類

諧波檢測方法很多，主要有如下幾種方法：模擬濾波器諧波檢測法、基于Fryze的時域分析法、基于頻域分析的FFT測試法、以瞬時間零功率原理為依據(jù)的諧波測試法、以小波剖析理論為基礎(chǔ)的諧波檢測方法等。

模擬濾波器檢測諧波電路結(jié)構(gòu)簡單，對頻率變化和外界的干擾特別的敏感；基于Fryze的時域分析法，不能用于變化的負載；而且基波無功和諧波無功是不能通過該方法分離出來的；FFT檢測法計算量大、有時間延遲。除此以外，若電源電壓嚴重畸變或者其頻率波動頻繁時，檢測誤差較大；基于瞬時無功功率理論[1]的諧波檢測方法是目前最廣的研究方法，該方法計算復(fù)雜，計算量較大，硬件電路復(fù)雜；小波變換是根據(jù)傅立葉變換發(fā)展起來的，算法復(fù)雜不易推廣。

本文在ip-iq法的基礎(chǔ)上進行改進，引入了基于基波幅值分離法，這種檢測方式具備電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，成為實際檢測的過程中比較容易操作使用的一種常用檢測方法。

2 以基波幅值分開理論為基礎(chǔ)的諧波測試法

ip-iq算法的依據(jù)是在三相電路中瞬時間零功率理論，基波幅值分離法（Fundamental Amplitude Separate）則與此不同，該方法充分發(fā)揮了低通濾波器的作用，在將畸變電流以及無功電流過程中基波分量的幅值各自開展運算的基礎(chǔ)上，運用濾波器將其進行分離，最終可以分別獲取基波有功電流分量以及無功電流分量兩個數(shù)據(jù)值。

基波幅值分離法原理如圖1，PLL乃鎖相環(huán)，其可以將電壓的信號進行鎖控，從而出現(xiàn)一個和電網(wǎng)的電壓頻率相位均相等的正弦波值。LPF是一個低通濾波器，可以將基波之外的另外高頻的諧波過濾出去。比方說，電源的電壓出現(xiàn)了畸變，則會導(dǎo)致基波分量以外的另外諧波分量的出現(xiàn)。如果這時候我們采用PLL和正弦進行電路連接便可以獲取正弦信號、和余弦進行電路連接便可以獲取余弦信號。當(dāng)開展諧波電流測試的時候，我們可以省略鎖相環(huán)，僅僅采取掌控電路所生成的同電源電壓頻率相同的正弦和余弦的信號，而不需要追蹤電源電壓基波分量相位，因此相位能夠任意的確定。

3 基于基波幅值分離法建模仿真

根據(jù)基波幅值分離法的諧波檢測的原理圖，使用simulink中的電力系統(tǒng)仿真模塊，建立三相電路的諧波檢測仿真模型，仿真結(jié)果如下所示：

仿真參數(shù)：電源電流是由相電壓為220V，頻率為50Hz的正弦波與幅值為20V，頻率為100Hz的方波疊加而成。低通濾波器的用二階Butterworth，截止頻率選取為50Hz。理論仿真結(jié)果是：基波波形為正弦波，諧波波形為方波。實際仿真波形如圖2所示。

根據(jù)ip-iq法和基波幅值分離法仿真圖與模型圖可以看出，基波幅值分離法更好是因為在建模時，其能夠省掉鎖相環(huán)，采取掌控電路生成的同電網(wǎng)電壓頻率一致的正弦及余弦的信號進行演算，如此操作更加方便易行。該諧波檢測方式，具備了電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，是一種實踐性和操作性非常強的即時檢測方法。同時，該檢測方法既具備獨立檢測諧波電流的能力，又可以獲取諧波與無功電流二者的和。從仿真結(jié)果看，兩者都能很好地檢測出諧波，但從實時性與經(jīng)濟上看基波幅值分離法優(yōu)于ip-iq法。

參考文獻

[1]王兆安，楊軍，劉進軍，等.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]趙玲，王亮.基于瞬時無功功率理論檢測諧波的Matlab仿真[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，23（1）：46-49.endprint

摘要：伴隨諧波對電力系統(tǒng)污染的日益嚴重，諧波檢測顯得尤為重要。作為諧波檢測的重要方法之一，基波幅值分離法具備電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，因此成為現(xiàn)實檢測中比較受歡迎的即時檢測方式。

關(guān)鍵詞：有源濾波器 諧波 檢測

中圖分類號：TM72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0107-01

隨著科技的發(fā)展，越來越多的電力電子裝置進入人類的生活和生產(chǎn)，給電網(wǎng)帶來了更多的諧波污染，使電能質(zhì)量急劇惡化，從而導(dǎo)致更多的事故發(fā)生，其帶來的其他問題也隨之增加，威脅著整個電網(wǎng)的安全運行。所以，通過消除諧波來改善電能質(zhì)量成為一個急需解決的問題。諧波檢測方法是有源電力濾波的關(guān)鍵技術(shù)。

1 諧波檢測方法的種類

諧波檢測方法很多，主要有如下幾種方法：模擬濾波器諧波檢測法、基于Fryze的時域分析法、基于頻域分析的FFT測試法、以瞬時間零功率原理為依據(jù)的諧波測試法、以小波剖析理論為基礎(chǔ)的諧波檢測方法等。

模擬濾波器檢測諧波電路結(jié)構(gòu)簡單，對頻率變化和外界的干擾特別的敏感；基于Fryze的時域分析法，不能用于變化的負載；而且基波無功和諧波無功是不能通過該方法分離出來的；FFT檢測法計算量大、有時間延遲。除此以外，若電源電壓嚴重畸變或者其頻率波動頻繁時，檢測誤差較大；基于瞬時無功功率理論[1]的諧波檢測方法是目前最廣的研究方法，該方法計算復(fù)雜，計算量較大，硬件電路復(fù)雜；小波變換是根據(jù)傅立葉變換發(fā)展起來的，算法復(fù)雜不易推廣。

本文在ip-iq法的基礎(chǔ)上進行改進，引入了基于基波幅值分離法，這種檢測方式具備電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，成為實際檢測的過程中比較容易操作使用的一種常用檢測方法。

2 以基波幅值分開理論為基礎(chǔ)的諧波測試法

ip-iq算法的依據(jù)是在三相電路中瞬時間零功率理論，基波幅值分離法（Fundamental Amplitude Separate）則與此不同，該方法充分發(fā)揮了低通濾波器的作用，在將畸變電流以及無功電流過程中基波分量的幅值各自開展運算的基礎(chǔ)上，運用濾波器將其進行分離，最終可以分別獲取基波有功電流分量以及無功電流分量兩個數(shù)據(jù)值。

基波幅值分離法原理如圖1，PLL乃鎖相環(huán)，其可以將電壓的信號進行鎖控，從而出現(xiàn)一個和電網(wǎng)的電壓頻率相位均相等的正弦波值。LPF是一個低通濾波器，可以將基波之外的另外高頻的諧波過濾出去。比方說，電源的電壓出現(xiàn)了畸變，則會導(dǎo)致基波分量以外的另外諧波分量的出現(xiàn)。如果這時候我們采用PLL和正弦進行電路連接便可以獲取正弦信號、和余弦進行電路連接便可以獲取余弦信號。當(dāng)開展諧波電流測試的時候，我們可以省略鎖相環(huán)，僅僅采取掌控電路所生成的同電源電壓頻率相同的正弦和余弦的信號，而不需要追蹤電源電壓基波分量相位，因此相位能夠任意的確定。

3 基于基波幅值分離法建模仿真

根據(jù)基波幅值分離法的諧波檢測的原理圖，使用simulink中的電力系統(tǒng)仿真模塊，建立三相電路的諧波檢測仿真模型，仿真結(jié)果如下所示：

仿真參數(shù)：電源電流是由相電壓為220V，頻率為50Hz的正弦波與幅值為20V，頻率為100Hz的方波疊加而成。低通濾波器的用二階Butterworth，截止頻率選取為50Hz。理論仿真結(jié)果是：基波波形為正弦波，諧波波形為方波。實際仿真波形如圖2所示。

根據(jù)ip-iq法和基波幅值分離法仿真圖與模型圖可以看出，基波幅值分離法更好是因為在建模時，其能夠省掉鎖相環(huán)，采取掌控電路生成的同電網(wǎng)電壓頻率一致的正弦及余弦的信號進行演算，如此操作更加方便易行。該諧波檢測方式，具備了電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，是一種實踐性和操作性非常強的即時檢測方法。同時，該檢測方法既具備獨立檢測諧波電流的能力，又可以獲取諧波與無功電流二者的和。從仿真結(jié)果看，兩者都能很好地檢測出諧波，但從實時性與經(jīng)濟上看基波幅值分離法優(yōu)于ip-iq法。

參考文獻

[1]王兆安，楊軍，劉進軍，等.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]趙玲，王亮.基于瞬時無功功率理論檢測諧波的Matlab仿真[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，23（1）：46-49.endprint

摘要：伴隨諧波對電力系統(tǒng)污染的日益嚴重，諧波檢測顯得尤為重要。作為諧波檢測的重要方法之一，基波幅值分離法具備電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，因此成為現(xiàn)實檢測中比較受歡迎的即時檢測方式。

關(guān)鍵詞：有源濾波器 諧波 檢測

中圖分類號：TM72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）08-0107-01

隨著科技的發(fā)展，越來越多的電力電子裝置進入人類的生活和生產(chǎn)，給電網(wǎng)帶來了更多的諧波污染，使電能質(zhì)量急劇惡化，從而導(dǎo)致更多的事故發(fā)生，其帶來的其他問題也隨之增加，威脅著整個電網(wǎng)的安全運行。所以，通過消除諧波來改善電能質(zhì)量成為一個急需解決的問題。諧波檢測方法是有源電力濾波的關(guān)鍵技術(shù)。

1 諧波檢測方法的種類

諧波檢測方法很多，主要有如下幾種方法：模擬濾波器諧波檢測法、基于Fryze的時域分析法、基于頻域分析的FFT測試法、以瞬時間零功率原理為依據(jù)的諧波測試法、以小波剖析理論為基礎(chǔ)的諧波檢測方法等。

模擬濾波器檢測諧波電路結(jié)構(gòu)簡單，對頻率變化和外界的干擾特別的敏感；基于Fryze的時域分析法，不能用于變化的負載；而且基波無功和諧波無功是不能通過該方法分離出來的；FFT檢測法計算量大、有時間延遲。除此以外，若電源電壓嚴重畸變或者其頻率波動頻繁時，檢測誤差較大；基于瞬時無功功率理論[1]的諧波檢測方法是目前最廣的研究方法，該方法計算復(fù)雜，計算量較大，硬件電路復(fù)雜；小波變換是根據(jù)傅立葉變換發(fā)展起來的，算法復(fù)雜不易推廣。

本文在ip-iq法的基礎(chǔ)上進行改進，引入了基于基波幅值分離法，這種檢測方式具備電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，成為實際檢測的過程中比較容易操作使用的一種常用檢測方法。

2 以基波幅值分開理論為基礎(chǔ)的諧波測試法

ip-iq算法的依據(jù)是在三相電路中瞬時間零功率理論，基波幅值分離法（Fundamental Amplitude Separate）則與此不同，該方法充分發(fā)揮了低通濾波器的作用，在將畸變電流以及無功電流過程中基波分量的幅值各自開展運算的基礎(chǔ)上，運用濾波器將其進行分離，最終可以分別獲取基波有功電流分量以及無功電流分量兩個數(shù)據(jù)值。

基波幅值分離法原理如圖1，PLL乃鎖相環(huán)，其可以將電壓的信號進行鎖控，從而出現(xiàn)一個和電網(wǎng)的電壓頻率相位均相等的正弦波值。LPF是一個低通濾波器，可以將基波之外的另外高頻的諧波過濾出去。比方說，電源的電壓出現(xiàn)了畸變，則會導(dǎo)致基波分量以外的另外諧波分量的出現(xiàn)。如果這時候我們采用PLL和正弦進行電路連接便可以獲取正弦信號、和余弦進行電路連接便可以獲取余弦信號。當(dāng)開展諧波電流測試的時候，我們可以省略鎖相環(huán)，僅僅采取掌控電路所生成的同電源電壓頻率相同的正弦和余弦的信號，而不需要追蹤電源電壓基波分量相位，因此相位能夠任意的確定。

3 基于基波幅值分離法建模仿真

根據(jù)基波幅值分離法的諧波檢測的原理圖，使用simulink中的電力系統(tǒng)仿真模塊，建立三相電路的諧波檢測仿真模型，仿真結(jié)果如下所示：

仿真參數(shù)：電源電流是由相電壓為220V，頻率為50Hz的正弦波與幅值為20V，頻率為100Hz的方波疊加而成。低通濾波器的用二階Butterworth，截止頻率選取為50Hz。理論仿真結(jié)果是：基波波形為正弦波，諧波波形為方波。實際仿真波形如圖2所示。

根據(jù)ip-iq法和基波幅值分離法仿真圖與模型圖可以看出，基波幅值分離法更好是因為在建模時，其能夠省掉鎖相環(huán)，采取掌控電路生成的同電網(wǎng)電壓頻率一致的正弦及余弦的信號進行演算，如此操作更加方便易行。該諧波檢測方式，具備了電路架構(gòu)較為簡易、動態(tài)反映的效率比較快、檢測結(jié)果的精確度比較高等優(yōu)勢特點，是一種實踐性和操作性非常強的即時檢測方法。同時，該檢測方法既具備獨立檢測諧波電流的能力，又可以獲取諧波與無功電流二者的和。從仿真結(jié)果看，兩者都能很好地檢測出諧波，但從實時性與經(jīng)濟上看基波幅值分離法優(yōu)于ip-iq法。

參考文獻

[1]王兆安，楊軍，劉進軍，等.諧波抑制和無功功率補償[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]趙玲，王亮.基于瞬時無功功率理論檢測諧波的Matlab仿真[J].廣西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，23（1）：46-49.endprint