基于PQ法的谐波电流与无功电流检测方法设计

作者：翟文鹏 李嗥

来源：《科技视界》 2013年第26期

翟文鹏 李 皞

（河南登封市电业〈集团〉有限公司，河南 登封 452470）

【摘 要】抑制谐波和提高功率因数是涉及电力电子技术、电气自动化技术和电力系统的一个重大课题。本文首先对谐波的危害进行了简述，分析了谐波的定义，重点讨论了三相瞬时无功功率理论，并对以此为基础的谐波电流检测法PQ法进行了理论分析和仿真验证。

【关键词】功率因数；谐波抑制；瞬时无功功率

0 引言

电力电子技术在推动电力系统发展，灵活高效地利用电能的同时，其设备又成为电力系统中最主要的谐波源，同时消耗无功功率[1-2]。谐波的危害是多方面的，主要体现在：1）对供配电线路的危害：主要是影响线路的稳定运行和电能质量；2）对电力设备的危害：包括对电力电容器的危害、对电力变压器的危害和对电力电缆的危害；3）对用电设备的危害：包括对电动机的危害、对低压开关设备的危害和对弱电系统设备的干扰。4）对人体和电力测量准确性的影响：目前采用的电力测量仪表当谐波较大时将产生计量混乱，测量不准确。谐波污染对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在的威胁，给周围的电器环境带来极大影响并对人体健康存在潜在危害，被公认为电网的危害和人体生命的杀手。

1 电力谐波的定义

目前国际普遍定义谐波为：谐波是一个周期电气量正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍[3]。以正弦波电压为例，可以表示式（1）：式中U是电压有效值，θ是初相角，ω是角频率，T为周期；对于周期为T的非正弦波信号，在满足狄里赫利的条件下，可分解为如式（2）的傅立叶级数。

PQ法的理论基础是三相瞬时无功功率理论。三相电路瞬时无功功率理论最早在1983年由赤木泰文提出，它是以瞬时实功率P和瞬时虚功率Q的定义为基础。该理论突破了传统的以平均值为基础的功率定义，系统的定义了瞬时有功功率、瞬时无功功率等瞬时功率量。

当需同时用于补偿谐波和无功时，只需断开图3中计算q的通道即可。由于采用了低通滤波器（LPF）求取p、q，从而使检测结果有一定延时。但当只检测无功电流时，则不需经低通滤波器，而只需直接将q反变换即可得出无功电流，这样就不存在延时了[7-9]。

２．３ PQ检测仿真设计和验证

下面就以PQ法为例设计在一三相桥式全控整流电路中检测谐波电流。在本设计中ｕ2=220V，阻感负载Ｒ=60?赘，L=700ml，检测当α=30°是该电路的输入侧的谐波电流和无功电流分量。其主要电路如图3所示。

α=30°时所检测得到的谐波电流波形见图4，其各项所代表的测量同上：其中a相电流幅值为7.5-7.65A。输入侧a相的基波电流幅值为8.3-8.35A之间。输入侧a，b，c相的谐波电流最大值为4.085A。α=30°时所得到的谐波和无功电流波形见图5：谐波和无功电流的最大值为7.27A。

３ 结论

本文以现代电力生活中大量非线形负荷造成的谐波现象为背景，提出了谐波电流抑制这个现实而急切的问题。本文揭示了谐波的产生原因和危害，重点分析了基于PQ法的谐波电流和无功电流检测法。该方法主要是将三相电流电压通过帕克转换到两相坐标上，利用向量的有关性质，在坐标系中可得到电源电流与两相电流的关系以及电源电压和两相电压的关系，从另一侧面表达出电流与功率的关系，将无功功率与有功功率分开来分析。最后以一三相电轮为实例作出仿真设计，证明了PQ法在同时检测谐波电流和无功电流时具有无延迟性。

【参考文献】

［１］王兆安，杨君，刘进军，王跃.谐波抑制和无功功率补偿[M].2版.北京：机械工业出版社，2006.

［２］林渭勋.现代电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

［３］牛荣健，张晓琴．电力系统中的谐波问题[J]．重庆科技学院学报：自然科学版，2006，3（8）:87-89．

［４］孙荣旗，屈原勇.电力系统谐波的测量及其控制方法[J].电工技术杂志，2004（10）:68-71.

［５］唐蕾，陈维荣.有源电力滤波器三种电流检测方法的深入探讨及仿真[J].继电器，2006，34(5):43-47.

［６］李建林，张仲超.几种适合于有源电力滤波器的控制策略的对比分析[J].机车电传动，2003,4(4):1-4.

［７］郭新.基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测[D].秦皇岛：燕山大学硕士学位论文，2003.

［８］李建林，张仲超.关于谐波及无功电流检测方法的综述[[J].电力系统及其自动化学报，2003，4.

［９］王云杰．无功与谐波自动补偿装置控制策略的研究及实现[D].北京交通大学，2005．

［责任编辑：王迎迎］