基于d-q變換的諧波電流檢測方法與MATLAB仿真驗證

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坐標系下的電流量變換到d-q兩相正交坐標系下來研究。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坐標系下，可得：

(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。

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確地檢測出諧波分量，而且能使諧波檢測得到進一步簡化。