李國梁，杜瑞明

(1. 四川城市職業(yè)學院 智能制造與交通學院,四川 成都 610101； 2. 國網(wǎng)四川省電力公司綿陽供電公司,四川 綿陽 621000)

隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，有軌電車和電氣設備更多采用計算機管理及先進控制技術，現(xiàn)代數(shù)字信息對供電可靠性有了更高的要求，但電網(wǎng)中產生的諧波污染日益嚴重，影響到有軌電車和電氣設備的供電質量和安全性。電力行業(yè)相關的電氣設備會因為大量存在的冗余諧波而產生多余能耗，從而降低其使用效率；同時，冗余諧波會導致各種電氣控制裝置誤動作和測量儀表失靈等現(xiàn)象[1]；此外，還會干擾有軌電車的通信系統(tǒng)，使其通信傳輸質量嚴重下降，所以諧波檢測和抑制始終是一個重要的研究方向[1]。使用有源濾波器檢測和抑制諧波比普遍采用的并聯(lián)大電容的方法更加精確和高效。本文重點研究了ip-iq檢測法和p-q檢測法[2]，并對其應用于三相三線制電路的不同情況進行仿真，對仿真結果進行分析，證明了諧波或無功電流檢測方法的有效性。

1 瞬時功率理論下的諧波檢測法

1.1 p-q檢測法

圖1 p-q檢測法原理

p-q檢測法原理如圖1所示，其中三相電壓ea、eb、ec和三相電流ia、ib、ic是對稱的正弦量，通過相應的矩陣變換到αβ坐標系[3]中，在該坐標系中得到有功電流、無功電流，及三相瞬時有功功率p和無功功率q，圖1中用到的相關矩陣和變換如下：

再將iaf、ibf、icf分別減去ia、ib、ic，就可以得到對應a、b、c三相的諧波電流iah、ibh、ich[5]。

1.2 ip-iq檢測法

ip-iq檢測法原理如圖2所示。

圖2 ip-iq檢測法原理[2]

再將iaf、ibf、icf與ia、ib、ic相減做差，可以最終得到a、b、c三相的諧波電流iah、ibh、ich[5]。

1.3 p-q檢測法和ip-iq檢測法對比

ip-iq檢測法和p-q檢測法相比較，最大的優(yōu)勢是具有更好的環(huán)境適應性，即允許三相電路中的電量不對稱。具體表現(xiàn)為一是構造了一個正弦信號sinwt、coswt，與a相電壓同步，組成新的變換矩陣；二是改進了理論坐標系，用dq0坐標系[6]引入構造的正弦信號對各個電量進行變換。變換矩陣為

2 仿真結果

2.1 三相三線制電路不帶負載情況的仿真

三相三線制電路不帶負載情況下，基于兩種檢測方法搭建的仿真模型中采用相同的對稱三相電壓和電流源，有源濾波器采用2階帶通濾波器[8]，帶通頻率設置為40 π。p-q檢測法和ip-iq檢測法不帶負載的仿真模型如圖3和圖4所示。

圖5仿真實驗結果中，濾波器約需0.02 s的響應時間就能夠跟蹤到電流的變化，電流的各種波形檢測效果較好。從濾波器檢測到諧波電流時刻算起，到檢測波形與理論波形完全重合一致，這個過程還會有一點時間延遲?？傮w來看，p-q法和ip-iq法在三相電壓和電流源對稱的情況下，仿真效果較好。這說明p-q和ip-iq諧波電流[8]檢測法可行，且具有較好的時間響應特性[9]。

圖3 p-q檢測法不帶負載仿真模型

圖4 ip-iq檢測法不帶負載仿真模型

(a) a相電流波形

(b) a相電流諧波波形

(c) a相電流基波波形

2.2 三相三線制電路帶負載情況的仿真

三相三線制電路帶負載情況下，基于兩種檢測方法搭建的仿真模型中仍采用相同的對稱三相電壓和電流源，濾波器采用有源低通濾波器[9]，參數(shù)設置為截止頻率80 Hz，衰減因數(shù)0.707，采樣步長50×10-6,負載采用阻感負載，電阻為10 Ω，電感L為1×10-3H。

p-q檢測法帶負載仿真模型如圖6所示。在圖6仿真模型中的Source元件(電源部分)采用封裝結構，接入了橋式整流器，阻感負載，且三相中的每一相接入電感性負載。具體展開如圖7所示。ip-iq檢測法帶負載仿真模型圖如圖8所示，圖8中Source元件采用封裝結構，具體展開如圖9所示。

從圖10仿真實驗結果看出，濾波器約需要0.02 s的響應時間跟蹤到電流的變化，各種波形的仿真效果較好，這說明p-q和ip-iq檢測法是可行的，且在帶負載的情況下也可以準確地檢測出諧波電流，具有較好的檢測響應特性[9]。

圖6 p-q檢測法帶負載仿真模型

圖7 圖6中Source封裝元件展開

圖8 ip-iq檢測法帶負載仿真模型

圖9 圖8中Source封裝元件展開

(a) a相電流波形

(b) a相電流諧波波形

(c) a相電流基波波形

3 結 論

把基于瞬時功率理論的兩種諧波電流檢測方法應用于三相三線制電路中，并根據(jù)不同的電源及負載情況搭建仿真模型，進行了系統(tǒng)仿真。通過仿真實驗結果分析，當三相三線制電路中的電源電壓處于對稱的理想條件下，p-q和ip-iq檢測法在三相電路沒有負載和帶負載的不同情況下，均能比較快速地檢測出諧波電流。兩種方法下的諧波電流檢測結果沒有明顯的偏差，效果都較好。這也驗證了基于瞬時功率理論的諧波電流檢測方法的有效性。