一种新型谐波检测原理分析

1、维普资讯 潮 试 技sequencecom ponentswithoutspectralanalysisA ftware PLLtosynchronizewIththefundamentalfrequencyThismethod is proved successfully by simulationKey -ofd-：Harmonics； Synchronize；Phase locked Ioop(PLL)CIC m m bor：TM711Documentc(lo：AArticle ID：1003-0107(2005)02-0001-03一引言近些年，随

2、着整流器等 力设备的广泛应 用， 网的电压 、 流畸变 日益 重。有 些谐 波是负载产 生的，有些是网络 本身产 生的，还 有由它们 共同产生的 。 目前的 波检测方法大概分为两 类：分布式同步检测方法 和 单点检测方法 。前一方法能精确的得到电 网中的谐 波信息，但是具体实现很困 ，成本太高；后一种方法实现 起来比 容易，但在某些情况下不能得1谐波及负序电压分l的检测原理根据交流异步 机矢量控制理 ， 机三相绕组电 流所产 生的空间 旋转磁动势等效于与该磁动势 同步旋转 的假设 三相对 称电压 的角速度为h，旋转 的 p 与静止的 a 之 间 的 夹角 p随时间而变化， =hint。V口bh

3、sin h cotVsin h(at一2 3)(3)V。=sin h(at-I-2r：3)式中，h=1 应 于基波电压 。利 用式 (1)的变换 关系，可以得到：3sin一 C0stot (4)，到精确的信息。目前实际应用最多的还是 单点检 方法 。传统的单点 检测方法是基于谐 波有功潮流分析的，而谐波有功潮流分析是通 过将 电压、 电流进 行傅立叶分解实现 的，这 就需要知道各电压 、 流谐 波的幅值 和相位。这种方法必 须使用精度很高的频率辨识器，也就是要求它的频带很宽，因而它的 算比较耗时 。本文介绍 的 波检 方法，不需要对电压电 流进 行傅立叶分析，能定位谐 波源在三相系统 中的位置

4、，不论是在检测点的电源侧还是负载侧 ；可以检测 出系统 中的总谐波畸变 、单次谐波及负序分量 。下 面对这种检测原理进 行介绍 。二基本原理旋转 坐标 系通过 一个软 件锁 相环实现：；=目-1，2一-12，f1=f兰1与基波或各次 谐 波的同步 。 以上坐 标变换的原理 示于 一 。基于基波频 率进 行旋转变换 后的v、v 经过 低通 滤 波器得到其直流成分V。f、 Vqf，对其 进行 C2s2一和 C32 反坐c,lFvo标变换，就可得到基波 电压。从 线电压中减去基波电压 ，就得到了总谐 波电压，从而就可以 计算出 检测点的 总谐波畸变 率。用类 似的方法，即可以 测 出各g次谐 波分量

5、。 将旋转 坐标 系的旋转频率设定为某一谐波频率 (h 1)，按照上述的方法，就可以得到该 次谐 波的分量。上述的方法同 可以用于检测负序分量。采 用相同的坐标变换 ，将旋转坐标系设为反方向旋转 ，旋转频率设2005第 o3期ELECTRONICSQUALITY圣辛质维普资讯 OOO 苎墨O l_，-为基波 频率或某次 谐波的 频率，就可以得到基波或各次谐 波的分量。 对应于 c 、 B， 序系统记为 c。、 c-p：vdbh=sin hgotVM sin h(cot+2re3)(5) Vca6：sin h(cot一2re31对于 负序基波分量 (h=1)

6、，可以得到：c=rc一 =cos r谐波有功潮流 。 于三相三 线系统，其率。另外， 于负序分量来说 ， 种方瞬时功率表达式为：法同 适用。P ：+ib(7)这种方法还可以检测基波和各次式中，V 和 V b 为系统线电压，i谐波的无功功率 。当检测出基波和各a cc和i为线电流。从线电压 中减去已测得次谐 波电压之后， 其进行相移一9O。的基波电压分量，就可以得到瞬时总(一 2)，就可以用计算有功的方法来谐波功率：计算无功了。基波和各次谐波的正交电压可以由下式得到：Ph VhacIa -bVhbcIbVh谐电压。v c ：二c式中， a c 和 V hbc 为 总 谐 波 线电压 。sinQ

7、Ph的直流分量是 总谐 波有功 Ph ，式中， (“)和 (“)分别 表示第 “ (6)从上述分析可知，用于检测谐 波畸变 的方法也同样 可以用于检测电 源电压的不平衡性 。2锁相环原理同步旋转变换 的前提是旋转 坐标的旋转频 率与指定的 波的 率同步。如果要检测 基波分量，则 旋转 坐标 系必须 与基波频 率同步，下面以 测 基波分量为 例来说 明锁 相环 工作原理。当旋转 坐标系的旋转频 率等于基波频 率时 ，旋转 坐标 系相互垂直的两轴上的分量经低通滤波为 v。，和 v 它们是直流量；相反，如果旋 转坐 标系的旋转频率不等于基波频率时，v。，和 v。就不是直流量，即该 旋转 坐标 系对应

8、的三相正弦系 不同于基波。基于这 一思想，本文的锁 相环 技术就基于 对 v，的分析：先将旋 转坐 标系的旋转频 率设 定为 一合理值 (如 我国的电 网， 5O)，判断得到的 v。，是否为常数，若不是， 整旋转频率，直到 v 为一常数。 时旋转坐标系的旋转频率就精确近似于基波频率了。图二 基波电压检测 及锁 相环 原理框图 。在平衡系统 中，Ph=PP ，是总的有功， 采样时刻的电压值 和与之正交的电压P 是基波的有功 。所以，只要按照本 值 ， Q 为软 件 锁 相 PLL得到的 源文介绍 的方法检测 出 电压 的基波分 基波频 率下的值 。量，并将其减去，就可以直接计算出总由以上分析可知

9、，这种方法不需谐波的有功 。另外，根据谐波有功潮流计算 电流的幅值和相角，就可以计算有关的理论 ， PhO， 明主谐 波源位谐波的有功功率 。 整个 谐波 检测系 统于检测 点的电源测 ，3：PhO， 明主谐的原理框图如 三所示。波源位于检测 点的负载侧 。对于某一次谐波，也可以用相同 三 仿 真实验的方法计算出它的谐波有功。在 三相本文采用 MATLABSIMULINK软件三线 系 中， i+ i+1：O，对 于 k次 谐对整个 谐波 检测系 统进行仿真 实验。a波，其 波功率为 ：整个仿真系统 由以下部分组成：(1)电P vh i口+v ib源，利用 simpowersystems32具

10、箱中的= ( 一)+(v 一v )三相可编 程电 源模块产 生基波电压 和* 各次谐波电压 ，另外，利用其中的直流=( Ib cos4- I*cos0*4- Ikc0s )+vM cos(2k 口 )电源模 块实现三相 源的不平衡；(2)+c0s2(蛔 孚) 负载，利用工具箱中的串联RLc负载实+ k。0。2(kcot-莩卜 )现，它可以被设置为纯阻性、纯感性、+ kc0。R+tf一口j纯容性及它们的组合，由此实现线性“(h+kXeot-孚M+cos (+tx一竽)一箱中的有功、无功测量模块测量系统(9) 给定的基波和各次谐波的有功和无功式中，v v 和 v 是 k次 相电压利用 “M。 。“

11、t ”工具箱中的三相谐波，v 和 I t 的均方根 值， 电压 一 流 测 量模 块测量 给 定 电压 、。 是各次 波电压 流间 的相位差 。 电流以及谐 波检测点上的 电压 和 电流尸 直流成分为：值。(4)算法实现环节，利用“s hnk”工具箱中的函数、M函数、数学运算模3谐波功率计算原理只 =，hGOS + I“COS + 1 COS要确定谐波源的位置，需要算出 (10)由式(10)可知，只要能从总谐波电压 中检测 出某一特定次的谐 波分PLL量，就可以算出该图二 基波电压检测及锁相环原理框图次谐 波 的有功功鼋善质量ELECTRONICSQUALITY2005第 03期试 技 术 卷

12、lest TFechnologY块和其它的辅助模块可以很方便的实现本文的检测算法。该仿真实验的目的是检验本谐波检测方法的有效性和精确性，因此系统的负载为线性，各次谐波从电源侧注入系统，仿真实验在靠近负载侧检测系统各量，实验结果列于表一。从表中可以看出，该算法的检测精度是非常高的，对于基波频率的检测精度达到了 0O01，对 于基波和谐波电压的检测精度达到了，功率检测精度达到了 1口四结束语本文的谐波检测方法无需时域一频域变换，无需进行频谱分析，能够实时检测基波、特定次谐波及负序分量。通过旋转坐标变换计算出基波电压分量，从线电压中减去基波电压分量就是总谐波电压分量。 根据二瓦计法测功率原理，利用测

13、得的线电流值可直接计算出谐波的瞬时有功功率，其中的直流成分就是总谐波的有功；这种方法对于测量特定次谐波的有功同样有效。根 据谐波有功潮流理论，谐波有功功率的符号确定了谐波源的位置。本文采用软件锁相环技术来实现同步维普资讯 _硷暑I 了j _旋转坐标变换。最后给出了整个检测 詈频率表一检测结果514系统的仿真实验数据，证明了该方法 2给定值481是非常成功的。巴(HZ)检测值480997514002参考文献：误差0000300002Ell L Crista1d1。 AFerreo。and S相对误 差 ( )-0000600004S给定值380380a11c

14、one。“A d1str1buted system for基波电压 检测值3799537998electronic power Qua1ity measurement褂1S (V)误差00021n ProcIEEE IMTC，Budapest，Hungary，May 05相对误差 ( )001000520015次谐波给定值40402EJDavis，AEEmmanuel，and D电压褂1S检测值400053999JPileggi“Eva1uation of sing le-po int(V)误差0005001measurements method for harmonicl相对误差 ( )00

15、1002po l1ution coast a11ocation”IEEE Trans：7次谐波给定值268268Power Deliveryvo115，DD1418，Jan2002i，电压褂s 检测值26792680533陈伯时电力拖动自动控制系统 (第2，rV)误差00100051FMI j 京 ：棚辅 T 出 幸十 1qq7 ，41一相对误差 ( )0040022 。一总有功给定值580058004_4255261功率(w) 检测值58003579814一，“Timedomain method to detect 误差-0319harmonicsources inunbalanced Do

16、wer：相对误差() -0005003systems，”1n ProxVIMEKO wor1d ：基波有功给定值57405740Congr。Metro1ogY 3rd M111enn1um 。功率 (w)检测值5744457366 Dubrovn1KCroatiaJun22-272003误差-44335 TTanaKa and HAKagi，“A new相对误差 ( )-007006me thod of harmonic Dower detection based谐波有功给定值566566on the 1nstantaneOus active Dower 1n功率 (m检测值5635668th

17、ree-phase circuitsIEEE TransPower误差03-008 Del1very， vo110，Oct1995相对误差() 05-016IEEE Tr1a1 Use Standard5次谐波给定值402402有功功率检测值40054033Def1nit1ons for the Measurement of误差015-013E1ectr1c Power Quant1t1es Under(m相对误差 ( )0S1nuso1da1-03 Ba1anced or Unba1anced 42000 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一

18、 _上接第23 荐选用离温度点较远的值，可靠起见数是由该位置的两个温度点选定的。文中探讨了家用电器产品中保护尽量不要选用温度点附近的值。为保证保护装置能与表面良好热接触， 装置的选用原则及其恰当安置应注意保护装置能否起到良好的保护效很多情况下使用一种导热性能好的胶的问题。 只要设计人员能遵循本文提果除了决于有没正确选用保护装置外， (常见的有导热硅脂 )涂在保护装置接出的原则选用保护装置并能恰当地安另一个重要的因素就是是否恰当安置触面再将保护装置安装在表面上。 热置所选的保护装置，就能做到确保家保护装置。熔断体 (丝 )这一类的保护装置的安装用电器产品日常使用安全。应特别注意，因为其表面是不绝缘的，三保护装置的安置不能将其直接附在安装位置表面，否参考文献：保护装置的安置有两个因素要考则将有可能造成触电事故，应使用一1 IEC 60335-1：1991 家用和类似虑，一是保护装置的安装位置问题；另种耐高温的绝缘材料套在保护装置表用途电器的安全，第一部分：通用要求ES2IEC 60335-2-13 lgg3 家用和类个是安装保护装置的附件选用问题。 面再将其安装在感温表面，这种绝缘一似用途电器的安全，第二部分 深油炸锅、平安装位置应是器具能引起潜在危险的体材料应是耐