一种方波有源滤波器谐波电流检测的新方法

1引言

随着电力电子技术的发展，电力电子装置的应用日益广泛，引起的电网谐波污染也日趋严重[1][2]。因此，对电网谐波采取有效的抑制并对无功功率进行动态补偿已成为重要的研究方向。

采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。传统的方法是采用LC无源滤波器，其优点是成本低、效率高，但其补偿特性易受电网阻抗和运行状态的影响，易和系统发生谐振造成谐波放大，且只能补偿固定频率的谐波[2][3]。

基于电力电子技术发展而出现的有源电力滤波器(ActivePowerFilterAPF)，为消除电力系统谐波开辟了新途径，同时也解决了无功功率补偿的问题。APF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基波分量。这种滤波器具有LC滤波器无可比拟的优点：优良的动、静态补偿性能，且其补偿特性不受电网阻抗的影响，可实现多功能的集成化，一机多用。

从不同的观点出发，APF具有不同的分类标准[3][4][5]。单独使用的串联或并联APF对小功率系统具有良好的补偿特性，但不宜用于大功率系统[1]，因为此类APF是用一个逆变器产生要补偿的所有谐波信号。这种方式对逆变器PWM调制的带宽要求较高，只能用于中等容量的系统(500kW～10MW)。将APF与无源滤波器串联使用，使APF只承受谐波电压，因而容量大大减小，可用于功率10MW以上的系统[1][6][7]，文献[8][9]提出一种方波有源滤波器(HybridParallelActivePowerFilterAPAPF)，其采用多个小容量(约为非线性负载容量的1％～2％)的逆变器对主要的谐波分别进行补偿，使逆变器只承受某次谐波电压，如图1所示。

本文针对此新型方波APF，基于瞬时无功功率理论，提出一种检测指定谐波次数电流的方法，理论和仿真证明了此方法的有效性。

2瞬时无功功率理论

1983年，日本学者赤木泰文提出的“瞬时无功功率理论”使得20世纪70年代提出的有源电力滤波器

图1方波有源滤波器系统

图2αβ坐标系中的电压、电流矢量

图3pq运算方式的原理图

走出了实验室。此后，这一理论被不断完善[10]。

设三相电路为三相三线制，其各相电压、电流的瞬时值分别为ea、eb、ec和ia、ib、ic。把它们分别变换到两相正交的αβ坐标系，如图2所示。(1)(2)

在图2所示的αβ平面上，矢量eα、eβ和iα、iβ分别合成电压矢量e和电流矢量i，三相电路瞬时无功功率q(瞬时有功功率p)为电压矢量e的模与三相电路瞬时无功电流iq(瞬时有功电流ip)的乘积。(3)

由图2并进行坐标变换可得：(4)