基于瞬时无功功率的电网谐波检测算法仿真研究

基于瞬时无功功率的电网谐波检测算法仿真研究

王珍国方芳许连宝

（安徽省淮南市凤台县凤城大道凤台供电公司安徽淮南232100）

摘要：本文论述了基于三相瞬时无功功率理的检测谐波的方法。详细描述了瞬时无功功率中的ip-iq算法，并使用MATLAB中的SIMULINK仿真工具对本文算法进行论证，仿真表明了本文算法的有效性和实用性。

关键词：瞬时无功功率理论；ip-iq算法；谐波检测；仿真

1、绪论

现今的科技发展迅速，电力用户对电能的质量要求非常严格。然而，电力系统网络存在复杂度高，容易受到扰动等问题。因此，如何给电力用户提供高质量的电能和绿色的用电环境，同时实现可持续发展，是急需解决的问题。其中，如何减少电网中的谐波，是提高电能质量的关键问题。

一般而言，可以使用谐波检测算法对电网中的电流谐波进行，再根据谐波检测的结果使用有源电力滤波器对电网中的谐波进行滤除。常见的谐波检测方法有：带通滤波器法，快速傅里叶分解法，小波包分解法以及瞬时无功功率法等等。其中，瞬时无功功率法由于其快速性和准确性，并且不会受到电网电压畸变等优势，受到了学者们的普遍关注。鉴于此，本文对瞬时无功功率中的ip-iq算法进行研究，详细描述了算法的实现步骤。并采用MATLAB/SIMULINK对其进行仿真，其结果表明了本文算法的有效性和实用性。

2、瞬时无功功率理论中的ip-iq算法

根据ip-iq算法进行谐波检测的有源滤波器检测部分的原理如图1：

图1：法检测原理图

其中数学推导式如下：

（1）

（2）

其逆变换为：

（3）

瞬时有功电流和瞬时无功电流可分解为直流分量和交流分量，如下式：

（4）

再经过低通滤波器（LPF），滤除交流分量，剩下直流分量，再经过反变换，可得到检测电流的基波分量：

（5）

谐波电流之和等于检测电流减掉基波分量。

同理，当需要检测谐波电流和无功电流时或只需检测无功电流时，可以断开计算的通道，只对进行反变换。

由于在ip-iq算法中矩阵C中只含有a相电压的正弦、余弦信号，并不含其电压幅值，也就是只有正弦、余弦信号参与运算。故电压值的改变对这种检测方法没有影响。所以在面对复杂的非标准的正弦电压网络时，ip-iq算法可以不受电压畸变、电流不对称的影响，快速准确的检测出谐波的含量。

3谐波检测电路的仿真

3.1检测电路仿真图

谐波检测电路采用ip-iq算法，基于Matlab2010b中的Simulink仿真模块，其中谐波源是由三个方波发生器来提供的。根据ip-iq算法，搭建后的谐波检测电路仿真图如图2所示：

图2：谐波检测电路的仿真图

3.2仿真结果和电流波形

仿真搭建好后，运行系统，发现无误后，打开各示波器的窗口，观察不同阶段的电流图形。

谐波源的波形如图3所示：

图3：未经补偿的谐波源波形

最终，得到基波的波形如图4所示：

图4检测后的基波波形

图5：谐波波形

可以看出，ip-iq算法可以精确且快速的检测出电网的谐波电流，从而证实了本文算法的有效性。

结论：本文详细描述了基于瞬时无功功率法的ip-iq谐波检测算法，指出ip-iq算法的优势在于检测结果不会受到电网畸变的影响，从而实现了电网电流谐波的可靠检测。使用MATLAB/SIMULINK对本文算法进行仿真，详细描述了算法仿真的实现步骤以及检测波形。检测结果表明了本文方法的有效性和实用性。

主要参考文献

[1]林立东.电力系统谐波产生的原因及影响[J].技术与市场,2013年第20卷第1期：17-18

[2]王兆安，扬君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].第2版北京：机械工业出版社,1998

[3]姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器[M].北京：科学出版社，2005

[4]唐蕾，陈维荣.基于瞬时无功功率理论坐标变换的推导及谐波电流检测原理分析[J].电网技术，2008年第5期：66-69