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有源滤波器电流检测方法摘要：对有源滤波技术的产生和历史发展作了简要回顾，详细讨论了基于瞬时无功功率理论的电流检测方法，并简要介绍了其它电流检测方法，为有源滤波器设计中电流检测算法的选择提供了参考。关键词：有源滤波器；谐波检测；瞬时无功功率随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子设备得到广泛应用。由于电力电子设备具有非线性和多样性的特点，大量的谐波和无功电流注入电网，对公用电网的供电质量和用户设备的安全运行造成严重的危害。目前，谐波抑制和无功功率补偿的一个重要趋势是采用有源滤波器APF（Active Power Filter）。有源滤波器是一种电力电子装置，其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流，由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流，从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿，而且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而受到广泛重视。有源滤波器的基本思想在20世纪60年代就已经形成。20世纪80年代以来，由于大中功率全控型半导体器件（GTO，GTR，IGBT等）的成熟，脉冲宽度调制技术（PWM）的进步，特别是1983年日本学者H Akagi提出的“瞬时无功功率理论”为有源滤波器的实际应用提供了必要条件。在有源滤波器中，谐波电流检测是决定其补偿性能优劣的重要环节。1.现有谐波和无功电流检测方法谐波及无功电流的检测方法取决于非正弦条件下有功功率和有功电流以及无功功率和无功电流的定义和理论分析。基于这些定义，目前对非正弦条件下谐波和无功电流的检测主要有以下几种方法。（1）采用模拟滤波器检测高次谐波电流最早的谐波检测方法是采用模拟滤波器来实现，即采用陷波器将基波电流分量滤除，得到谐波分量。或采用带通滤波器得出基波分量，再与被检测电流相减得到谐波分量。该方法的优点是电路结构简单，造价低，输出阻抗低，品质因数易于控制。同时，这种方法存在许多缺点，如难设计，误差大，对电网频率波动和电路元件参数十分敏感等，因而已极少采用。（2）基于Fryze时域分析的有功电流分离法该方法的基本原理是将负荷电流分解为两个正交分量：一个是与电压波形完全一致的分量，即有功电流；另一个电流作为广义无功电流，也就是负荷电流与有功电流的差值。这种方法的缺点是，要计算有功电流，必须对上一个电源周期的电压和电流进行积分运算，再加上其他运算电路所需要的时间，因此该方法检测出的广义无功电流瞬时值至少有一个周期以上的时间延迟。（3）基于频率分析的FFT分解法该方法需进行两次FFT变换，因而有较大的时间延迟，并且电压波形畸变时带来较大的非同步采用误差，对高次谐波的检测精度影响较大。（4）用于不平衡三相系统的同步检测法采用同步检测法代替瞬时无功功率理论，用于不平衡三相系统中谐波和无功电流的补偿。其基本思想是分别考虑各相的情况，并把补偿分量分配到三相中，统一确定各相的补偿电流。该方法不是从电流的分解出发，而是从功率平衡的角度来确定补偿电流。仿真结果表明，该方法对不同的三相不平衡电流均能得到较好的效果。对三相系统来说，同步检测法在补偿谐波和无功电流的同时，还具有平衡三相电流的作用，对不同的运行情况具有较大的灵活性。但是，该方法检测过程中延时较大；而且该方法也仅适于三相电压均为正弦波的情况。若电压波形存在畸变，必将影响检测精度。此外，该法检测出的补偿电流包含无功电流、谐波电流和一些不平衡分量，无法将它们分离出来，因而大大限制了它的应用范围。（5）基于傅里叶级数的实时检测新方法该方法根据傅里叶级数理论，将非正弦交流电流i（t）表达为基波电流is（t）和高次谐波电流ih（t）之和，然后根据三角变换的方法将is（t）进一步分解为有功电流ip（t）和无功电流iq（t）。实验结果表明，该方法能较好地分离出基波有功电流，同时能检测出谐波电流、无功电流。该方案的实现多次使用带通滤波器，存在着和第1种方法类似的缺点。此外当用于三相系统时，电路也较复杂。（6）基于自适应干扰抵消原理的方法把电压作为参考输入，负载电流作为原始输入，即基波电流作为干扰源，谐波电流作为信号源，构成闭环连续调整的谐波和无功电流自适应检测系统。该系统全部采用模拟电路实现。该检测系统的运行特性与元件参数几乎无关，对器件特性的依赖性不强。（7）基于瞬时无功功率理论的检测方法基于瞬时无功功率理论的检测方法，是在只检测无功电流时可以完全无延时地得出检测结果。检测谐波电流时，延时与被检测对象中的谐波构成与采用的低通滤波器性能有关，但延时最多不超过一个电源周期。对于电网中最典型的谐波源三相桥整流器，其检测的延时约为1/6周期。因其实时性好，是目前应用最多、最为先进的方法。作者使用的就是这种检测方法。2三相电路谐波和无功电流的实时监测方法以三相电路瞬时无功功率理论为基础，计算功率p，q或电流ip，iq为出发点即可得出三相电路谐波和无功电流检测的两种方法，分别称之为p，q，运算方式和ip，iq运算方式。2.1 p，q运算方式该方法的原理如图1所示。该方法根据定义计算p和q，经低通滤波器（LPF）得p和q的直流分量p和q。电网电压波形无畸变时，p为基波有功电流和电压作用产生，q为基波无功电流和电压作用产生。于是，由p和q即可计算出被检测电流ia，ib，ic的基波分量iaf，ibf，icf。当有源电力滤波器同时用于补偿谐波和无功时，就需要同时检测出补偿对象中的谐波和无功电流。在这种情况下，只需断开图2中计算q的通道即可。这时，由p即可计算出被检测电流ia，ib，ic的基波有功分量iapf，ibpf，icpf为由于采用了低通滤波器（LPF）求取p和q，故当被检测电流发生变化时，需经一定延迟时间才能得到准确的p和q，从而使检测结果有一定的延时。但当只检测无功电流时，则不需低通滤波器，而只需要直接将q反变换即可得出无功电流，这样就不存在延时了，得到的无功电流如下式所示。由图1可以看出，这种方法要求检测三相电流的同时检测三相电网电压，其使用条件是三相电网电压不能发生畸变，否则该方法不能准确检测出各次谐波电流。而ip，iq法是在p，q法基础上进行了改进，它