1、三相電路諧波的檢測與建模鄧濤 趙旭 曹陽 徐倫1) 三江學院電工電子實驗中心，江蘇 南京 2100122) 三江學院電氣及其自動化工程學院，江蘇 南京 210012摘 要：隨著電力電子技術的快速發(fā)展，對純凈電網(wǎng)的要求越來越高。諧波作為影響電網(wǎng)質(zhì)量最主要的因數(shù)之一，因而對諧波的檢測自然是十分的重要的。本文是以瞬時無功功率理論為基礎，研究以該理論檢測諧波的兩種重要方法，比較這兩種方法的優(yōu)缺點。確定一種最適合的檢測方法，建立仿真模型。關鍵詞：諧波；無功功率；建模；仿真Three-phase circuit of harmonic detection and modelingDeng tao Zhao

2、 xu Cao yang Xu lun1) Experimental Center of Electrician& Electron, Sanjiang University, Jiangsu Nanjing 210012 2) School of Electronic and automation Engineering, Sanjiang University, Jiangsu Nanjing 210012Abstract: With the rapid development of power electronic technology, more and more high to th

3、e requirement of pure power grid. As one of the most main factor affect the quality of power grid harmonics, so for the harmonic detection of nature is very important. Is based on instantaneous reactive power theory, this paper studies two kinds of important method to detect harmonic based on this t

4、heory, and compare the advantages and disadvantages of the two methods. Identify one of the most suitable test methods, establishes the simulation.Keywords：Harmonic，Reactivepower，Modeling，Simulation一、 引言電能質(zhì)量監(jiān)測是智能電網(wǎng)的重要基礎之一，諧波問題是電能質(zhì)量中的一個重要問題。國家有關部門非常重視對電力系統(tǒng)諧波畸變的監(jiān)測，在電力系統(tǒng)、電力電子、電動機、供配電等專業(yè)和所有涉及電力電子應用的工業(yè)部門

5、中都把諧波干擾及其分析處理作為重要技術課題。八十年代日本學者赤木泰文提出了瞬時無功功率理論，可以通過分離出三相電流中的有功和無功電流來實現(xiàn)諧波電流的檢測，此方法具有很好的實時性。根據(jù)該理論衍生出若干諧波的數(shù)學模型檢測方法。本文采用仿真軟件MATLAB(MATLAB R2014a)中的SIMULINK模塊，根據(jù)檢測方法的數(shù)學模型調(diào)用相應的功能模塊，構成仿真模型。 二、 電網(wǎng)中的諧波檢測(一) 諧波的產(chǎn)生 大量非線性設備（UPS、開關電源、整流器、變頻器、逆變器等）的使用，以及廣泛采用傳統(tǒng)變壓器，鐵芯電抗器等在電網(wǎng)中產(chǎn)生了諧波。 (二) 諧波的危害（1）會引起過負荷和發(fā)熱；（2）增加介質(zhì)應力和過電

6、壓；（3）干擾和危害保護控制設備的性能和正常工作；(3) 諧波的檢測1.傳統(tǒng)的檢測方法 （1） 模擬濾波器；將諧波源中的基波濾除，得到諧波。但是此方法由于是完全采用模擬技術，因此很難實現(xiàn)檢測。（2） 帶通濾波器；將諧波源經(jīng)過此濾波器，得到其基波分量，把諧波源與基波想減，可得其諧波分量。由于技術難以實現(xiàn)，故很少使用。 2.目前的檢測方法（1） 傅里葉分析法；該方法在傳統(tǒng)的檢測方法上提高了其快速性與準確性，因而目前應用較為廣泛。但是，其計算量大，實時性較差。（2） 基于瞬時無功功率的瞬時空間矢量法；大大提高了檢測的實時性與準確性，是目前發(fā)展較快的一種檢測技術。三、瞬時無功功率理論的應用(一) 設三

7、相電路各相電壓，電流的瞬時值分別為，和，把他們變換到三相正交的坐標系。 （1） （2）式中在平面上，矢量，和，分別合成（旋轉(zhuǎn)）電壓矢量和電流矢量 =+= （3） =+= （4）式中e，i為矢量，的模。三相電路瞬時有功電流（瞬時無功電流）為矢量在矢量（的法線）上的投影 = （5-1） = （5-2）式中 三相電路瞬時無功功率q（瞬時有功功率p）為電壓矢量的模與三相電路瞬時無功電流（瞬時有功電流）的乘積 p=e （6-1） q=e （6-2）經(jīng)變換可得 （7）（2） 基于無功功率的兩種檢測方法 1. p q檢測法（1） 計算p 和q；（2） 經(jīng)低通濾波（LPF）得p，q的直流分量；（3） 矩陣的逆

8、變換，得；（4） 的基波分量， ，；（5） 將與想減，即可得出諧波分量；2. 檢測法根據(jù)瞬時無功功率理論可推導出瞬時有功電流和瞬時無功電流的表達式，為：該方法中，需要與A相電網(wǎng)電壓同相位的正弦信號和對應的余弦信號。（1） 根據(jù)公式計算出，；（2） 經(jīng)低通濾波器（LPF），得，的直流分量，；（3） 由反變換計算出，；（4）將與想減，可得諧波分量；（三）兩種檢測方法的比較（1）法只需三相電流的瞬時電流和某相（如A相）電網(wǎng)電壓的頻率或周期信息，因此外部檢測電路比較簡單。（2）法采用內(nèi)部的參考正弦信號，沒有直接使用系統(tǒng)電壓信息參與運算，不受電網(wǎng)電壓畸變或不對稱影響，因此結果更加準確。 總結，對比這兩種

9、檢測方法，可明顯看出采用檢測法，其檢測結果更加準確且更適應各種電壓。因而本文著重對法進行建模與仿真。4、 三相電路諧波檢測的建模與仿真（1） 諧波源的產(chǎn)生在MATLAB 的SIMULINK模塊中用三個AC Voltage Source模塊構成三相交流電源；用六個Diode模塊構成三相整流橋，用Series RLC Branch模塊模擬負載。其中三個AC Voltage Source模塊參數(shù)設置為相電壓220V，頻率為50Hz，相位各差120度，電阻R取20歐姆，電感L取零，電容C取inf（），如圖1。 圖1其產(chǎn)生的諧波源波形，如圖2所示圖2 由，可得仿真模型如圖3所示 圖3由得 仿真圖如圖4所

10、示 圖4選用的低通濾波器為Analog Filter Design，初步階數(shù)設為2階，帶通頻率為80Hz。由得 ，仿真圖如圖5所示 圖5將諧波源與基波分量相減，可得諧波分量。測得的基波分量波形如圖6所示 圖6諧波分量的波形如圖7 圖7整體仿真圖為如圖8所示 圖8以上即根據(jù)法建立的MATLAB的仿真圖，通過對低通濾波器參數(shù)的設置，從而使諧波完全分離，達到準確檢測諧波的要求。5、 結束語通過對瞬時無功功率理論的學習，建立以該理論為基礎檢測諧波的一種重要方法。以該方法為數(shù)學模型建立對應的仿真模型，通過對模型參數(shù)的合理設置，以達到準確檢測諧波的目的。參考文獻1 陶駿.基于綜合矢量的功率定義及在無功和諧波電流的檢測中的應用M.中國科學院等離子物理研究所 2001.2 陳志業(yè). 坐標系下廣義瞬時無功功率定義及補償J.保定:華北電力學院,1996.3 王善斌.三相電路諧波電流兩種檢測方法的對比研究J.西安:電工技術學報,19