一种检测三相四线制谐波电流的改进p-q法及其实现崔高宇,肖慧荣,张君,石军奇,黄同意(南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西,南昌330063摘要:本文以瞬时无功功率理论为基础,介绍一种针对不对称的三相四线制系统谐波电流检测而改进的p-q法。该方法在求解瞬时功率时未使用clarke变换,而是使用有功功率矢量法来求解谐波电流。通过matlab仿真将改进的谐波电流检测方法与传统的p-q法进行对比,来验证此方法能够有效的检测出不对称的三相四线制系统中的谐波电流。仿真结果表明改进方法的检测效果在检测速度和精度方面均有明显的提高。本系统提出采用AVR单片机对数据进行处理来实现谐波电流检测。关键词:三相四线制;瞬时功率;谐波电流:文献标志码::0引言在低压配电系统中,三相四线制供电方式是最主要的供电方式,在工厂、民用住宅和城市等电力系统中广为应用。随着电力电子器件的广泛应用,谐波和三相不平衡问题越来越受到人们的重视,各种补偿和治理方法应运而生[1]。谐波治理目前使用的最广泛的是无源滤波器[2]。这种电力电子装置的工作性能很大程度上取决于对谐波、基波和无功电流的实时准确检测。谐波治理的前提是在电网系统中快速的检测出谐波分量。目前,主要的检测方法为基于快速傅立叶变换(FFT和基于赤木泰文的瞬时无功功率理论两大类。采用FFT算法能够迅速地从被分析信号中检测出谐波,但由于FFT算法需要对一个周期的数据进行采样,因而具有较大的延时,同时暴露出运算较为复杂与实时性差等特点。赤木泰文提出的瞬时无功功率理论[3],这种方法通过计算负载的瞬时功率,它包含直流分量和脉动分量,结合一定长度的历史数据(一般为整数倍的电网周期内将脉动分量分离出来,将总电流在三相内平均分配,计算出所需的信号。但是此方法主要适用于平衡的三相三线制系统中,无法直接使用到三相四线制系统中。为此,国内外学者对瞬时无功功率理论进行了改进,并将其推广到三相四基金项目:江西省测控中心企业预研项目(zx200928002线制系统中[4-6],分别为d-q法、p-q法以及ip-iq法。以上三种方法在电网电压发生畸变情况下均可检测谐波电流。这就为电力系统的快速谐波检测提供了理论依据。此外,利用小波分析进行谐波检测,虽然取得了较好效果,但其运算量较大,实时性较差,同时小波基的选择也是一个比较困难的问题。本文基于赤木泰文的瞬时无功功率理论,提出一种改进的p-q法。该方法采用在求解瞬时功率时不使用clarke变换,并在求解有功电流上采用瞬时有功功率矢量法。通过仿真结果与传统的p-q检测法进行相应的对比,来验证该方法的实时性和准确性。1传统的p-q电流检测法在三相四线制系统中,由于存在着零序分量,在做坐标变换时,不再是一正交的平面αβ坐标系,而是在αβ0坐标系下进行变换,对电压,电流矢量,在功率不变的约束条件下作正交变换,公式为:abcvvvCvvvααββ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦,abciiiCiiiααββ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(1式中111Cαβ⎤⎥⎥⎥=--⎥⎢⎢⎣⎦称为αβ0变换阵。对应的反变换为:0ababcciiiCiiiαβ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦,0ababccvvvCvvvαβ⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦(2式中101212abcC=⎤⎥⎥⎥--⎥⎢⎦称为abc变换阵。于是可得瞬时有功功率p,瞬时无功功率q及瞬时零序功率p0,在αβ0坐标下的表达式为:00000pvipvvivviqαβαβαβ⎡⎤⎡⎤=⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢-⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦(3式中:000pvi=⋅瞬时零序功率,pviviααββ=+⋅⋅瞬时有功功率,qviviαββα=-⋅⋅瞬时无功功率实功率:ppp=+虚功率:qqq=+零序功率:000ppp=+在αβ0坐标下,三相电力系统中各功率的组成如下:0p为零序的平均功率,p对正序有功功率、负序有功功率构成。q对应基波无功功率,p、q、0p对应零序、负序和谐波部分。对p进行反变换,则可得三相电压的基波有功电流。传统的p-q检测法用负载电流减基波有功电流即得需要补偿的谐波、无功和负序电流[7]。在传统的谐波检测过程由于在求解瞬时功率p由于使用了坐标变换对后来的谐波检测具有一定的延时性。进而影响电流检测的实时性与检测精度。传统的p-q检测法的原理如图1所...