摘要：諧波電壓檢測是根據(jù)瞬時無功功率理論提出的，是影響抑制諧波電壓源的重要因素。諧波電壓檢測法利用其快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，應(yīng)用于電子線路的實(shí)現(xiàn)，通過事實(shí)證明諧波電壓檢測法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：諧波電壓檢測；瞬時無功功率；電子線路

中圖分類號：TM935 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）06-0077-02

隨著科學(xué)的發(fā)展，變頻器、變流器、開關(guān)電源和電抗器等電力設(shè)備應(yīng)用與日俱增，電力電子技術(shù)得到空前的發(fā)展。諧波電壓檢測是諧波檢測的一個重要內(nèi)容，是解決諧波檢測其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。本文主要介紹以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)的諧波電壓檢測的方法。

1 瞬時無功功率理論

1.1 瞬時無功功率的發(fā)展及定義

瞬時無功功率的提出最早始于1983年，由電力電子學(xué)會主席赤木泰文等眾多科學(xué)家共同提出的三相瞬時電流，將電流分為有功電流和無功電流，在此基礎(chǔ)上瞬時無功功率應(yīng)運(yùn)而生。

瞬時無功功率理論認(rèn)為：三相電路瞬時有功功率為各項瞬時有功功率之和，同時也是瞬時功率之和，反映出三相電路整體由電源向負(fù)載傳遞的功率；而瞬時無功功率只是在三相電路之間進(jìn)行傳遞，不是三相電路系統(tǒng)瞬時值的簡單疊加，而是各項瞬時無功功率之和恒等于零的一種特殊情況。

1.2 瞬時無功功率理論應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展，瞬時無功功率理論的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在電力系統(tǒng)中功率、電流、電壓的瞬時檢測，以及諧波動態(tài)的跟蹤中都有重要的應(yīng)用。但是，這種瞬時值的引入并不是三相電路系統(tǒng)瞬時值的簡單疊加，而是反映某一時刻，將三相電路作為一個整體，由電源向三相電路傳送的有功功率及無功功率在電流中相互傳輸?shù)那闆r。

諧波抑制主要采用有源電力濾波器，利用電流的畸變比電壓畸變嚴(yán)重，對電流進(jìn)行諧波動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，從而對頻率和幅值進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。諧波動態(tài)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)不受電網(wǎng)阻抗的影響，緊隨脈沖寬度調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)其補(bǔ)償范圍?；谒矔r無功功率理論的檢測方法有：測試瞬時有功功率的p-q法、測試無功功率的p-q法和測試瞬時有功電流的Ip-Iq法以及測試無功電流的Ip-Iq法。

瞬時無功功率理論延伸出的瞬時有功功率和無功功率的變化反應(yīng)出功率的有效值和相位的瞬時變化，本質(zhì)上就是利用瞬時值代替了傳統(tǒng)的有效分析三相電力系統(tǒng)，符合現(xiàn)今社會電力系統(tǒng)的發(fā)展需求和對電壓的諧波檢測。

在電流電壓均為對稱的正弦波形時瞬時功率的表達(dá)式和傳統(tǒng)功率的表達(dá)式是一致的，即在此情況下的瞬時功率等于傳統(tǒng)功率；如果電流電壓中存在畸變或者是不對稱的情況時，瞬時無功功率會分為直流分量和交流分量兩部分。其中瞬時功率的直流分量與三相系統(tǒng)中基波分量相互對應(yīng)，而瞬時功率產(chǎn)生交流分量與諧波分量相對應(yīng)，此時瞬時功率理論是傳統(tǒng)功率理論的的一種擴(kuò)展，即瞬時功率只是傳統(tǒng)功率的一種特殊情況。

2 濾波器的工作原理

采用電力有源濾波器有效的補(bǔ)償電網(wǎng)諧波已經(jīng)成為當(dāng)今電力科技領(lǐng)域發(fā)展的一大趨勢。當(dāng)今社會，電力電子裝置大都采用串聯(lián)型電力有源濾波器（SAPF）來抑制因大量諧波電流注入電網(wǎng)而帶來的嚴(yán)重諧波污染。SAPF的主電路是由電力半導(dǎo)體組成的帶有直流電容的三項橋式脈沖寬度調(diào)制逆變器，利用微處理器的數(shù)字對模擬電路進(jìn)行控制，相當(dāng)于受控電壓源串聯(lián)在電壓與負(fù)載

之間。

SAPF的工作原理主要是：利用瞬時無功功率理論計算SPAF的瞬時畸變量，再由脈沖寬度調(diào)制逆變器產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波，使變壓器副邊得到與電網(wǎng)畸變電壓等值反向的電壓，抵消因SPAF瞬時畸變產(chǎn)生的諧波污染，以控制單元檢測電網(wǎng)供電。

由SPAF的工作原理可知，為了保證電網(wǎng)諧波能有良好的補(bǔ)充，SAPF中有源濾波器檢測電路時一般要采用窄帶濾波器選頻法和傅里葉變換采樣數(shù)字化的計算法進(jìn)行快速的檢測諧波電壓。但是由于兩種方法在使用時都存在一定的弊端，其原因是：（1）窄帶濾波器選頻法，由于相位和選擇性要求較大，造成電路參數(shù)使用選擇困難、相位延時使用和頻率變化較大等后果，使檢測結(jié)果不精確；（2）基于快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算法，由于需要高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，檢測速度過慢，與有源濾波器的要求不符。

3 瞬時無功功率的和諧波電壓的檢測法

基于窄帶濾波器選頻法和快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算法兩種算法在補(bǔ)充電網(wǎng)諧波時產(chǎn)生的不足，在瞬時無功功率理論的指導(dǎo)下提出了諧波電壓檢測法。該方法在檢測中加有標(biāo)準(zhǔn)電流信號，可以不影響使電網(wǎng)中因電流畸變產(chǎn)生的電壓畸變的精簡速度，檢測結(jié)果也可以及時反映頻率偏移的變化。

諧波是由波形畸變產(chǎn)生的，因此諧波波形不滿足標(biāo)準(zhǔn)的正弦表達(dá)式，同時與三相系統(tǒng)中基波波形不對稱，還可能使波形的幅值、相角在不同的周期內(nèi)出現(xiàn)躍變。這樣，以平均值為基礎(chǔ)的正弦物理量就不能反映系統(tǒng)的真實(shí)情況。因此，為了加快動態(tài)響應(yīng)速度，提高諧波電壓檢測和補(bǔ)償效果，需要利用矩陣實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真驗(yàn)證，用以對反饋補(bǔ)償模型進(jìn)行更加詳細(xì)的討論。

3.1 n次諧波電壓實(shí)時檢測方法

當(dāng)n次諧波電壓進(jìn)行檢測時，需另外取三相電流作為n次諧波電流的對稱，其表達(dá)式為：

（1）

需要檢測的三相負(fù)載策相電壓為：

（2）

通過表達(dá)（1）、（2）可求出瞬時有功功率和瞬時無功功率，同時驗(yàn)證只有當(dāng)m=n時，瞬時有功功率和瞬時無功功率才有直流分量，并可求出直流分量為：

（3）

通過以上表達(dá)式求出原負(fù)載相電壓中n次諧波電壓的值，同理n取值為任意整數(shù)的諧波電壓都可求出。從上述的推導(dǎo)過程可以看出，作為三相電流信號而另加的n次正弦信號和余弦信號，其幅值和相角對最后諧波電壓值的計算結(jié)果并無影響，因此電壓檢測精度不會因三相電路中電流的畸變而改變。

3.2 頻率偏移對諧波電壓的影響

由上面論述可知：三相電流信號對另加的n次正弦信號和余弦信號，其幅值和相角對最后諧波電壓值的計算結(jié)果無影響。因此，在頻率偏移對諧波電壓的影響實(shí)驗(yàn)中正、余弦電流信號可設(shè)為固定頻率的信號。

電網(wǎng)中電壓頻率的波動范圍一般在50Hz左右變動，因此可在不影響結(jié)果的情況下，假定檢測基波固定為50Hz。如果某時刻經(jīng)過基波檢測后的的頻率變?yōu)?8.5Hz，由于另加的電流信號為50Hz，可知此時所得的直流分量實(shí)際上是頻率為1.5Hz的波動量，較高于低通濾波器的截止頻率，所以此時的頻率波動可以完全保留；同時，根據(jù)固定基波50Hz減去頻率波動量可得到頻率為48.5的基波，諧波檢查不影響最終的檢測結(jié)果。同理，其他數(shù)值的諧波檢測結(jié)果是一樣的。

4 結(jié)語

本文通過對瞬時無功功率理論和有源濾波器工作原理的分析，提出了基于瞬時無功功率原理的諧波電壓檢測方法，彌補(bǔ)了窄帶濾波器選頻和快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算兩種算法的不足。證明了諧波電壓瞬時檢測方法能快速、準(zhǔn)確地檢測出非線性負(fù)載輸入電壓中的諧波電壓分量，證實(shí)了方法的正確性和可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王敬禹，賀劍，田晨.基于瞬時無功功率理論的

APF仿真設(shè)計[J].價值工程，2013，（26）.

[2] 周敬堯.瞬時無功功率理論在配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制

中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013，（24）.

[3] 涂永昌，劉建功，王偉.基于瞬時無功功率理論的

諧波檢測改進(jìn)算法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，

2013，（3）.

[4] 周貴鎖，郭志波，王深.基于瞬時無功功率理論的

諧波電流檢測與仿真[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，

2013，（9）.

作者簡介：吳郭芳（1976—），湖北來鳳人，國網(wǎng)湖北省電力公司來鳳縣供電公司助理工程師，研究方向：電壓及電力可靠性管理。endprint

摘要：諧波電壓檢測是根據(jù)瞬時無功功率理論提出的，是影響抑制諧波電壓源的重要因素。諧波電壓檢測法利用其快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，應(yīng)用于電子線路的實(shí)現(xiàn)，通過事實(shí)證明諧波電壓檢測法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：諧波電壓檢測；瞬時無功功率；電子線路

中圖分類號：TM935 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）06-0077-02

隨著科學(xué)的發(fā)展，變頻器、變流器、開關(guān)電源和電抗器等電力設(shè)備應(yīng)用與日俱增，電力電子技術(shù)得到空前的發(fā)展。諧波電壓檢測是諧波檢測的一個重要內(nèi)容，是解決諧波檢測其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。本文主要介紹以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)的諧波電壓檢測的方法。

1 瞬時無功功率理論

1.1 瞬時無功功率的發(fā)展及定義

瞬時無功功率的提出最早始于1983年，由電力電子學(xué)會主席赤木泰文等眾多科學(xué)家共同提出的三相瞬時電流，將電流分為有功電流和無功電流，在此基礎(chǔ)上瞬時無功功率應(yīng)運(yùn)而生。

瞬時無功功率理論認(rèn)為：三相電路瞬時有功功率為各項瞬時有功功率之和，同時也是瞬時功率之和，反映出三相電路整體由電源向負(fù)載傳遞的功率；而瞬時無功功率只是在三相電路之間進(jìn)行傳遞，不是三相電路系統(tǒng)瞬時值的簡單疊加，而是各項瞬時無功功率之和恒等于零的一種特殊情況。

1.2 瞬時無功功率理論應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展，瞬時無功功率理論的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在電力系統(tǒng)中功率、電流、電壓的瞬時檢測，以及諧波動態(tài)的跟蹤中都有重要的應(yīng)用。但是，這種瞬時值的引入并不是三相電路系統(tǒng)瞬時值的簡單疊加，而是反映某一時刻，將三相電路作為一個整體，由電源向三相電路傳送的有功功率及無功功率在電流中相互傳輸?shù)那闆r。

諧波抑制主要采用有源電力濾波器，利用電流的畸變比電壓畸變嚴(yán)重，對電流進(jìn)行諧波動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，從而對頻率和幅值進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。諧波動態(tài)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)不受電網(wǎng)阻抗的影響，緊隨脈沖寬度調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)其補(bǔ)償范圍?；谒矔r無功功率理論的檢測方法有：測試瞬時有功功率的p-q法、測試無功功率的p-q法和測試瞬時有功電流的Ip-Iq法以及測試無功電流的Ip-Iq法。

瞬時無功功率理論延伸出的瞬時有功功率和無功功率的變化反應(yīng)出功率的有效值和相位的瞬時變化，本質(zhì)上就是利用瞬時值代替了傳統(tǒng)的有效分析三相電力系統(tǒng)，符合現(xiàn)今社會電力系統(tǒng)的發(fā)展需求和對電壓的諧波檢測。

在電流電壓均為對稱的正弦波形時瞬時功率的表達(dá)式和傳統(tǒng)功率的表達(dá)式是一致的，即在此情況下的瞬時功率等于傳統(tǒng)功率；如果電流電壓中存在畸變或者是不對稱的情況時，瞬時無功功率會分為直流分量和交流分量兩部分。其中瞬時功率的直流分量與三相系統(tǒng)中基波分量相互對應(yīng)，而瞬時功率產(chǎn)生交流分量與諧波分量相對應(yīng)，此時瞬時功率理論是傳統(tǒng)功率理論的的一種擴(kuò)展，即瞬時功率只是傳統(tǒng)功率的一種特殊情況。

2 濾波器的工作原理

采用電力有源濾波器有效的補(bǔ)償電網(wǎng)諧波已經(jīng)成為當(dāng)今電力科技領(lǐng)域發(fā)展的一大趨勢。當(dāng)今社會，電力電子裝置大都采用串聯(lián)型電力有源濾波器（SAPF）來抑制因大量諧波電流注入電網(wǎng)而帶來的嚴(yán)重諧波污染。SAPF的主電路是由電力半導(dǎo)體組成的帶有直流電容的三項橋式脈沖寬度調(diào)制逆變器，利用微處理器的數(shù)字對模擬電路進(jìn)行控制，相當(dāng)于受控電壓源串聯(lián)在電壓與負(fù)載

之間。

SAPF的工作原理主要是：利用瞬時無功功率理論計算SPAF的瞬時畸變量，再由脈沖寬度調(diào)制逆變器產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波，使變壓器副邊得到與電網(wǎng)畸變電壓等值反向的電壓，抵消因SPAF瞬時畸變產(chǎn)生的諧波污染，以控制單元檢測電網(wǎng)供電。

由SPAF的工作原理可知，為了保證電網(wǎng)諧波能有良好的補(bǔ)充，SAPF中有源濾波器檢測電路時一般要采用窄帶濾波器選頻法和傅里葉變換采樣數(shù)字化的計算法進(jìn)行快速的檢測諧波電壓。但是由于兩種方法在使用時都存在一定的弊端，其原因是：（1）窄帶濾波器選頻法，由于相位和選擇性要求較大，造成電路參數(shù)使用選擇困難、相位延時使用和頻率變化較大等后果，使檢測結(jié)果不精確；（2）基于快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算法，由于需要高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，檢測速度過慢，與有源濾波器的要求不符。

3 瞬時無功功率的和諧波電壓的檢測法

基于窄帶濾波器選頻法和快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算法兩種算法在補(bǔ)充電網(wǎng)諧波時產(chǎn)生的不足，在瞬時無功功率理論的指導(dǎo)下提出了諧波電壓檢測法。該方法在檢測中加有標(biāo)準(zhǔn)電流信號，可以不影響使電網(wǎng)中因電流畸變產(chǎn)生的電壓畸變的精簡速度，檢測結(jié)果也可以及時反映頻率偏移的變化。

諧波是由波形畸變產(chǎn)生的，因此諧波波形不滿足標(biāo)準(zhǔn)的正弦表達(dá)式，同時與三相系統(tǒng)中基波波形不對稱，還可能使波形的幅值、相角在不同的周期內(nèi)出現(xiàn)躍變。這樣，以平均值為基礎(chǔ)的正弦物理量就不能反映系統(tǒng)的真實(shí)情況。因此，為了加快動態(tài)響應(yīng)速度，提高諧波電壓檢測和補(bǔ)償效果，需要利用矩陣實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真驗(yàn)證，用以對反饋補(bǔ)償模型進(jìn)行更加詳細(xì)的討論。

3.1 n次諧波電壓實(shí)時檢測方法

當(dāng)n次諧波電壓進(jìn)行檢測時，需另外取三相電流作為n次諧波電流的對稱，其表達(dá)式為：

（1）

需要檢測的三相負(fù)載策相電壓為：

（2）

通過表達(dá)（1）、（2）可求出瞬時有功功率和瞬時無功功率，同時驗(yàn)證只有當(dāng)m=n時，瞬時有功功率和瞬時無功功率才有直流分量，并可求出直流分量為：

（3）

通過以上表達(dá)式求出原負(fù)載相電壓中n次諧波電壓的值，同理n取值為任意整數(shù)的諧波電壓都可求出。從上述的推導(dǎo)過程可以看出，作為三相電流信號而另加的n次正弦信號和余弦信號，其幅值和相角對最后諧波電壓值的計算結(jié)果并無影響，因此電壓檢測精度不會因三相電路中電流的畸變而改變。

3.2 頻率偏移對諧波電壓的影響

由上面論述可知：三相電流信號對另加的n次正弦信號和余弦信號，其幅值和相角對最后諧波電壓值的計算結(jié)果無影響。因此，在頻率偏移對諧波電壓的影響實(shí)驗(yàn)中正、余弦電流信號可設(shè)為固定頻率的信號。

電網(wǎng)中電壓頻率的波動范圍一般在50Hz左右變動，因此可在不影響結(jié)果的情況下，假定檢測基波固定為50Hz。如果某時刻經(jīng)過基波檢測后的的頻率變?yōu)?8.5Hz，由于另加的電流信號為50Hz，可知此時所得的直流分量實(shí)際上是頻率為1.5Hz的波動量，較高于低通濾波器的截止頻率，所以此時的頻率波動可以完全保留；同時，根據(jù)固定基波50Hz減去頻率波動量可得到頻率為48.5的基波，諧波檢查不影響最終的檢測結(jié)果。同理，其他數(shù)值的諧波檢測結(jié)果是一樣的。

4 結(jié)語

本文通過對瞬時無功功率理論和有源濾波器工作原理的分析，提出了基于瞬時無功功率原理的諧波電壓檢測方法，彌補(bǔ)了窄帶濾波器選頻和快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算兩種算法的不足。證明了諧波電壓瞬時檢測方法能快速、準(zhǔn)確地檢測出非線性負(fù)載輸入電壓中的諧波電壓分量，證實(shí)了方法的正確性和可行性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王敬禹，賀劍，田晨.基于瞬時無功功率理論的

APF仿真設(shè)計[J].價值工程，2013，（26）.

[2] 周敬堯.瞬時無功功率理論在配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制

中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2013，（24）.

[3] 涂永昌，劉建功，王偉.基于瞬時無功功率理論的

諧波檢測改進(jìn)算法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，

2013，（3）.

[4] 周貴鎖，郭志波，王深.基于瞬時無功功率理論的

諧波電流檢測與仿真[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，

2013，（9）.

作者簡介：吳郭芳（1976—），湖北來鳳人，國網(wǎng)湖北省電力公司來鳳縣供電公司助理工程師，研究方向：電壓及電力可靠性管理。endprint

摘要：諧波電壓檢測是根據(jù)瞬時無功功率理論提出的，是影響抑制諧波電壓源的重要因素。諧波電壓檢測法利用其快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，應(yīng)用于電子線路的實(shí)現(xiàn)，通過事實(shí)證明諧波電壓檢測法的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：諧波電壓檢測；瞬時無功功率；電子線路

中圖分類號：TM935 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）06-0077-02

隨著科學(xué)的發(fā)展，變頻器、變流器、開關(guān)電源和電抗器等電力設(shè)備應(yīng)用與日俱增，電力電子技術(shù)得到空前的發(fā)展。諧波電壓檢測是諧波檢測的一個重要內(nèi)容，是解決諧波檢測其他內(nèi)容的基礎(chǔ)。本文主要介紹以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)的諧波電壓檢測的方法。

1 瞬時無功功率理論

1.1 瞬時無功功率的發(fā)展及定義

瞬時無功功率的提出最早始于1983年，由電力電子學(xué)會主席赤木泰文等眾多科學(xué)家共同提出的三相瞬時電流，將電流分為有功電流和無功電流，在此基礎(chǔ)上瞬時無功功率應(yīng)運(yùn)而生。

瞬時無功功率理論認(rèn)為：三相電路瞬時有功功率為各項瞬時有功功率之和，同時也是瞬時功率之和，反映出三相電路整體由電源向負(fù)載傳遞的功率；而瞬時無功功率只是在三相電路之間進(jìn)行傳遞，不是三相電路系統(tǒng)瞬時值的簡單疊加，而是各項瞬時無功功率之和恒等于零的一種特殊情況。

1.2 瞬時無功功率理論應(yīng)用

隨著科技的不斷發(fā)展，瞬時無功功率理論的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在電力系統(tǒng)中功率、電流、電壓的瞬時檢測，以及諧波動態(tài)的跟蹤中都有重要的應(yīng)用。但是，這種瞬時值的引入并不是三相電路系統(tǒng)瞬時值的簡單疊加，而是反映某一時刻，將三相電路作為一個整體，由電源向三相電路傳送的有功功率及無功功率在電流中相互傳輸?shù)那闆r。

諧波抑制主要采用有源電力濾波器，利用電流的畸變比電壓畸變嚴(yán)重，對電流進(jìn)行諧波動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，從而對頻率和幅值進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償。諧波動態(tài)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)不受電網(wǎng)阻抗的影響，緊隨脈沖寬度調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)其補(bǔ)償范圍?；谒矔r無功功率理論的檢測方法有：測試瞬時有功功率的p-q法、測試無功功率的p-q法和測試瞬時有功電流的Ip-Iq法以及測試無功電流的Ip-Iq法。

瞬時無功功率理論延伸出的瞬時有功功率和無功功率的變化反應(yīng)出功率的有效值和相位的瞬時變化，本質(zhì)上就是利用瞬時值代替了傳統(tǒng)的有效分析三相電力系統(tǒng)，符合現(xiàn)今社會電力系統(tǒng)的發(fā)展需求和對電壓的諧波檢測。

在電流電壓均為對稱的正弦波形時瞬時功率的表達(dá)式和傳統(tǒng)功率的表達(dá)式是一致的，即在此情況下的瞬時功率等于傳統(tǒng)功率；如果電流電壓中存在畸變或者是不對稱的情況時，瞬時無功功率會分為直流分量和交流分量兩部分。其中瞬時功率的直流分量與三相系統(tǒng)中基波分量相互對應(yīng)，而瞬時功率產(chǎn)生交流分量與諧波分量相對應(yīng)，此時瞬時功率理論是傳統(tǒng)功率理論的的一種擴(kuò)展，即瞬時功率只是傳統(tǒng)功率的一種特殊情況。

2 濾波器的工作原理

采用電力有源濾波器有效的補(bǔ)償電網(wǎng)諧波已經(jīng)成為當(dāng)今電力科技領(lǐng)域發(fā)展的一大趨勢。當(dāng)今社會，電力電子裝置大都采用串聯(lián)型電力有源濾波器（SAPF）來抑制因大量諧波電流注入電網(wǎng)而帶來的嚴(yán)重諧波污染。SAPF的主電路是由電力半導(dǎo)體組成的帶有直流電容的三項橋式脈沖寬度調(diào)制逆變器，利用微處理器的數(shù)字對模擬電路進(jìn)行控制，相當(dāng)于受控電壓源串聯(lián)在電壓與負(fù)載

之間。

SAPF的工作原理主要是：利用瞬時無功功率理論計算SPAF的瞬時畸變量，再由脈沖寬度調(diào)制逆變器產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制波，使變壓器副邊得到與電網(wǎng)畸變電壓等值反向的電壓，抵消因SPAF瞬時畸變產(chǎn)生的諧波污染，以控制單元檢測電網(wǎng)供電。

由SPAF的工作原理可知，為了保證電網(wǎng)諧波能有良好的補(bǔ)充，SAPF中有源濾波器檢測電路時一般要采用窄帶濾波器選頻法和傅里葉變換采樣數(shù)字化的計算法進(jìn)行快速的檢測諧波電壓。但是由于兩種方法在使用時都存在一定的弊端，其原因是：（1）窄帶濾波器選頻法，由于相位和選擇性要求較大，造成電路參數(shù)使用選擇困難、相位延時使用和頻率變化較大等后果，使檢測結(jié)果不精確；（2）基于快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算法，由于需要高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，檢測速度過慢，與有源濾波器的要求不符。

3 瞬時無功功率的和諧波電壓的檢測法

基于窄帶濾波器選頻法和快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算法兩種算法在補(bǔ)充電網(wǎng)諧波時產(chǎn)生的不足，在瞬時無功功率理論的指導(dǎo)下提出了諧波電壓檢測法。該方法在檢測中加有標(biāo)準(zhǔn)電流信號，可以不影響使電網(wǎng)中因電流畸變產(chǎn)生的電壓畸變的精簡速度，檢測結(jié)果也可以及時反映頻率偏移的變化。

諧波是由波形畸變產(chǎn)生的，因此諧波波形不滿足標(biāo)準(zhǔn)的正弦表達(dá)式，同時與三相系統(tǒng)中基波波形不對稱，還可能使波形的幅值、相角在不同的周期內(nèi)出現(xiàn)躍變。這樣，以平均值為基礎(chǔ)的正弦物理量就不能反映系統(tǒng)的真實(shí)情況。因此，為了加快動態(tài)響應(yīng)速度，提高諧波電壓檢測和補(bǔ)償效果，需要利用矩陣實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行仿真驗(yàn)證，用以對反饋補(bǔ)償模型進(jìn)行更加詳細(xì)的討論。

3.1 n次諧波電壓實(shí)時檢測方法

當(dāng)n次諧波電壓進(jìn)行檢測時，需另外取三相電流作為n次諧波電流的對稱，其表達(dá)式為：

（1）

需要檢測的三相負(fù)載策相電壓為：

（2）

通過表達(dá)（1）、（2）可求出瞬時有功功率和瞬時無功功率，同時驗(yàn)證只有當(dāng)m=n時，瞬時有功功率和瞬時無功功率才有直流分量，并可求出直流分量為：

（3）

通過以上表達(dá)式求出原負(fù)載相電壓中n次諧波電壓的值，同理n取值為任意整數(shù)的諧波電壓都可求出。從上述的推導(dǎo)過程可以看出，作為三相電流信號而另加的n次正弦信號和余弦信號，其幅值和相角對最后諧波電壓值的計算結(jié)果并無影響，因此電壓檢測精度不會因三相電路中電流的畸變而改變。

3.2 頻率偏移對諧波電壓的影響

由上面論述可知：三相電流信號對另加的n次正弦信號和余弦信號，其幅值和相角對最后諧波電壓值的計算結(jié)果無影響。因此，在頻率偏移對諧波電壓的影響實(shí)驗(yàn)中正、余弦電流信號可設(shè)為固定頻率的信號。

電網(wǎng)中電壓頻率的波動范圍一般在50Hz左右變動，因此可在不影響結(jié)果的情況下，假定檢測基波固定為50Hz。如果某時刻經(jīng)過基波檢測后的的頻率變?yōu)?8.5Hz，由于另加的電流信號為50Hz，可知此時所得的直流分量實(shí)際上是頻率為1.5Hz的波動量，較高于低通濾波器的截止頻率，所以此時的頻率波動可以完全保留；同時，根據(jù)固定基波50Hz減去頻率波動量可得到頻率為48.5的基波，諧波檢查不影響最終的檢測結(jié)果。同理，其他數(shù)值的諧波檢測結(jié)果是一樣的。

4 結(jié)語

本文通過對瞬時無功功率理論和有源濾波器工作原理的分析，提出了基于瞬時無功功率原理的諧波電壓檢測方法，彌補(bǔ)了窄帶濾波器選頻和快速傅里葉變換的采樣數(shù)字化計算兩種算法的不足。證明了諧波電壓瞬時檢測方法能快速、準(zhǔn)確地檢測出非線性負(fù)載輸入電壓中的諧波電壓分量，證實(shí)了方法的正確性和可行性。

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作者簡介：吳郭芳（1976—），湖北來鳳人，國網(wǎng)湖北省電力公司來鳳縣供電公司助理工程師，研究方向：電壓及電力可靠性管理。endprint