有源滤波器谐波检测方法研究

周俊++刘明

摘要：伴随谐波对电力系统污染的日益严重，谐波检测显得尤为重要。作为谐波检测的重要方法之一，基波幅值分离法具备电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，因此成为现实检测中比较受欢迎的即时检测方式。

关键词：有源滤波器 谐波 检测

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0107-01

随着科技的发展，越来越多的电力电子装置进入人类的生活和生产，给电网带来了更多的谐波污染，使电能质量急剧恶化，从而导致更多的事故发生，其带来的其他问题也随之增加，威胁着整个电网的安全运行。所以，通过消除谐波来改善电能质量成为一个急需解决的问题。谐波检测方法是有源电力滤波的关键技术。

1 谐波检测方法的种类

谐波检测方法很多，主要有如下几种方法：模拟滤波器谐波检测法、基于Fryze的时域分析法、基于频域分析的FFT测试法、以瞬时间零功率原理为依据的谐波测试法、以小波剖析理论为基础的谐波检测方法等。

模拟滤波器检测谐波电路结构简单，对频率变化和外界的干扰特别的敏感；基于Fryze的时域分析法，不能用于变化的负载；而且基波无功和谐波无功是不能通过该方法分离出来的；FFT检测法计算量大、有时间延迟。除此以外，若电源电压严重畸变或者其频率波动频繁时，检测误差较大；基于瞬时无功功率理论[1]的谐波检测方法是目前最广的研究方法，该方法计算复杂，计算量较大，硬件电路复杂；小波变换是根据傅立叶变换发展起来的，算法复杂不易推广。

本文在ip-iq法的基础上进行改进，引入了基于基波幅值分离法，这种检测方式具备电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，成为实际检测的过程中比较容易操作使用的一种常用检测方法。

2 以基波幅值分开理论为基础的谐波测试法

ip-iq算法的依据是在三相电路中瞬时间零功率理论，基波幅值分离法（Fundamental Amplitude Separate）则与此不同，该方法充分发挥了低通滤波器的作用，在将畸变电流以及无功电流过程中基波分量的幅值各自开展运算的基础上，运用滤波器将其进行分离，最终可以分别获取基波有功电流分量以及无功电流分量两个数据值。

基波幅值分离法原理如图1，PLL乃锁相环，其可以将电压的信号进行锁控，从而出现一个和电网的电压频率相位均相等的正弦波值。LPF是一个低通滤波器，可以将基波之外的另外高频的谐波过滤出去。比方说，电源的电压出现了畸变，则会导致基波分量以外的另外谐波分量的出现。如果这时候我们采用PLL和正弦进行电路连接便可以获取正弦信号、和余弦进行电路连接便可以获取余弦信号。当开展谐波电流测试的时候，我们可以省略锁相环，仅仅采取掌控电路所生成的同电源电压频率相同的正弦和余弦的信号，而不需要追踪电源电压基波分量相位，因此相位能够任意的确定。

3 基于基波幅值分离法建模仿真

根据基波幅值分离法的谐波检测的原理图，使用simulink中的电力系统仿真模块，建立三相电路的谐波检测仿真模型，仿真结果如下所示：

仿真参数：电源电流是由相电压为220V，频率为50Hz的正弦波与幅值为20V，频率为100Hz的方波叠加而成。低通滤波器的用二阶Butterworth，截止频率选取为50Hz。理论仿真结果是：基波波形为正弦波，谐波波形为方波。实际仿真波形如图2所示。

根据ip-iq法和基波幅值分离法仿真图与模型图可以看出，基波幅值分离法更好是因为在建模时，其能够省掉锁相环，采取掌控电路生成的同电网电压频率一致的正弦及余弦的信号进行演算，如此操作更加方便易行。该谐波检测方式，具备了电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，是一种实践性和操作性非常强的即时检测方法。同时，该检测方法既具备独立检测谐波电流的能力，又可以获取谐波与无功电流二者的和。从仿真结果看，两者都能很好地检测出谐波，但从实时性与经济上看基波幅值分离法优于ip-iq法。

参考文献

[1]王兆安，杨军，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]赵玲，王亮.基于瞬时无功功率理论检测谐波的Matlab仿真[J].广西师范大学学报（自然科学版），2005，23（1）：46-49.endprint

摘要：伴随谐波对电力系统污染的日益严重，谐波检测显得尤为重要。作为谐波检测的重要方法之一，基波幅值分离法具备电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，因此成为现实检测中比较受欢迎的即时检测方式。

关键词：有源滤波器 谐波 检测

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0107-01

随着科技的发展，越来越多的电力电子装置进入人类的生活和生产，给电网带来了更多的谐波污染，使电能质量急剧恶化，从而导致更多的事故发生，其带来的其他问题也随之增加，威胁着整个电网的安全运行。所以，通过消除谐波来改善电能质量成为一个急需解决的问题。谐波检测方法是有源电力滤波的关键技术。

1 谐波检测方法的种类

谐波检测方法很多，主要有如下几种方法：模拟滤波器谐波检测法、基于Fryze的时域分析法、基于频域分析的FFT测试法、以瞬时间零功率原理为依据的谐波测试法、以小波剖析理论为基础的谐波检测方法等。

模拟滤波器检测谐波电路结构简单，对频率变化和外界的干扰特别的敏感；基于Fryze的时域分析法，不能用于变化的负载；而且基波无功和谐波无功是不能通过该方法分离出来的；FFT检测法计算量大、有时间延迟。除此以外，若电源电压严重畸变或者其频率波动频繁时，检测误差较大；基于瞬时无功功率理论[1]的谐波检测方法是目前最广的研究方法，该方法计算复杂，计算量较大，硬件电路复杂；小波变换是根据傅立叶变换发展起来的，算法复杂不易推广。

本文在ip-iq法的基础上进行改进，引入了基于基波幅值分离法，这种检测方式具备电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，成为实际检测的过程中比较容易操作使用的一种常用检测方法。

2 以基波幅值分开理论为基础的谐波测试法

ip-iq算法的依据是在三相电路中瞬时间零功率理论，基波幅值分离法（Fundamental Amplitude Separate）则与此不同，该方法充分发挥了低通滤波器的作用，在将畸变电流以及无功电流过程中基波分量的幅值各自开展运算的基础上，运用滤波器将其进行分离，最终可以分别获取基波有功电流分量以及无功电流分量两个数据值。

基波幅值分离法原理如图1，PLL乃锁相环，其可以将电压的信号进行锁控，从而出现一个和电网的电压频率相位均相等的正弦波值。LPF是一个低通滤波器，可以将基波之外的另外高频的谐波过滤出去。比方说，电源的电压出现了畸变，则会导致基波分量以外的另外谐波分量的出现。如果这时候我们采用PLL和正弦进行电路连接便可以获取正弦信号、和余弦进行电路连接便可以获取余弦信号。当开展谐波电流测试的时候，我们可以省略锁相环，仅仅采取掌控电路所生成的同电源电压频率相同的正弦和余弦的信号，而不需要追踪电源电压基波分量相位，因此相位能够任意的确定。

3 基于基波幅值分离法建模仿真

根据基波幅值分离法的谐波检测的原理图，使用simulink中的电力系统仿真模块，建立三相电路的谐波检测仿真模型，仿真结果如下所示：

仿真参数：电源电流是由相电压为220V，频率为50Hz的正弦波与幅值为20V，频率为100Hz的方波叠加而成。低通滤波器的用二阶Butterworth，截止频率选取为50Hz。理论仿真结果是：基波波形为正弦波，谐波波形为方波。实际仿真波形如图2所示。

根据ip-iq法和基波幅值分离法仿真图与模型图可以看出，基波幅值分离法更好是因为在建模时，其能够省掉锁相环，采取掌控电路生成的同电网电压频率一致的正弦及余弦的信号进行演算，如此操作更加方便易行。该谐波检测方式，具备了电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，是一种实践性和操作性非常强的即时检测方法。同时，该检测方法既具备独立检测谐波电流的能力，又可以获取谐波与无功电流二者的和。从仿真结果看，两者都能很好地检测出谐波，但从实时性与经济上看基波幅值分离法优于ip-iq法。

参考文献

[1]王兆安，杨军，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]赵玲，王亮.基于瞬时无功功率理论检测谐波的Matlab仿真[J].广西师范大学学报（自然科学版），2005，23（1）：46-49.endprint

摘要：伴随谐波对电力系统污染的日益严重，谐波检测显得尤为重要。作为谐波检测的重要方法之一，基波幅值分离法具备电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，因此成为现实检测中比较受欢迎的即时检测方式。

关键词：有源滤波器 谐波 检测

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）08-0107-01

随着科技的发展，越来越多的电力电子装置进入人类的生活和生产，给电网带来了更多的谐波污染，使电能质量急剧恶化，从而导致更多的事故发生，其带来的其他问题也随之增加，威胁着整个电网的安全运行。所以，通过消除谐波来改善电能质量成为一个急需解决的问题。谐波检测方法是有源电力滤波的关键技术。

1 谐波检测方法的种类

谐波检测方法很多，主要有如下几种方法：模拟滤波器谐波检测法、基于Fryze的时域分析法、基于频域分析的FFT测试法、以瞬时间零功率原理为依据的谐波测试法、以小波剖析理论为基础的谐波检测方法等。

模拟滤波器检测谐波电路结构简单，对频率变化和外界的干扰特别的敏感；基于Fryze的时域分析法，不能用于变化的负载；而且基波无功和谐波无功是不能通过该方法分离出来的；FFT检测法计算量大、有时间延迟。除此以外，若电源电压严重畸变或者其频率波动频繁时，检测误差较大；基于瞬时无功功率理论[1]的谐波检测方法是目前最广的研究方法，该方法计算复杂，计算量较大，硬件电路复杂；小波变换是根据傅立叶变换发展起来的，算法复杂不易推广。

本文在ip-iq法的基础上进行改进，引入了基于基波幅值分离法，这种检测方式具备电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，成为实际检测的过程中比较容易操作使用的一种常用检测方法。

2 以基波幅值分开理论为基础的谐波测试法

ip-iq算法的依据是在三相电路中瞬时间零功率理论，基波幅值分离法（Fundamental Amplitude Separate）则与此不同，该方法充分发挥了低通滤波器的作用，在将畸变电流以及无功电流过程中基波分量的幅值各自开展运算的基础上，运用滤波器将其进行分离，最终可以分别获取基波有功电流分量以及无功电流分量两个数据值。

基波幅值分离法原理如图1，PLL乃锁相环，其可以将电压的信号进行锁控，从而出现一个和电网的电压频率相位均相等的正弦波值。LPF是一个低通滤波器，可以将基波之外的另外高频的谐波过滤出去。比方说，电源的电压出现了畸变，则会导致基波分量以外的另外谐波分量的出现。如果这时候我们采用PLL和正弦进行电路连接便可以获取正弦信号、和余弦进行电路连接便可以获取余弦信号。当开展谐波电流测试的时候，我们可以省略锁相环，仅仅采取掌控电路所生成的同电源电压频率相同的正弦和余弦的信号，而不需要追踪电源电压基波分量相位，因此相位能够任意的确定。

3 基于基波幅值分离法建模仿真

根据基波幅值分离法的谐波检测的原理图，使用simulink中的电力系统仿真模块，建立三相电路的谐波检测仿真模型，仿真结果如下所示：

仿真参数：电源电流是由相电压为220V，频率为50Hz的正弦波与幅值为20V，频率为100Hz的方波叠加而成。低通滤波器的用二阶Butterworth，截止频率选取为50Hz。理论仿真结果是：基波波形为正弦波，谐波波形为方波。实际仿真波形如图2所示。

根据ip-iq法和基波幅值分离法仿真图与模型图可以看出，基波幅值分离法更好是因为在建模时，其能够省掉锁相环，采取掌控电路生成的同电网电压频率一致的正弦及余弦的信号进行演算，如此操作更加方便易行。该谐波检测方式，具备了电路架构较为简易、动态反映的效率比较快、检测结果的精确度比较高等优势特点，是一种实践性和操作性非常强的即时检测方法。同时，该检测方法既具备独立检测谐波电流的能力，又可以获取谐波与无功电流二者的和。从仿真结果看，两者都能很好地检测出谐波，但从实时性与经济上看基波幅值分离法优于ip-iq法。

参考文献

[1]王兆安，杨军，刘进军，等.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]赵玲，王亮.基于瞬时无功功率理论检测谐波的Matlab仿真[J].广西师范大学学报（自然科学版），2005，23（1）：46-49.endprint