无功电流检测方法对比分析

中检测出所需要的信号。

基于上述自适应噪声抵消法原理，便可得到如图3所示的自适应噪声抵消法检测谐波电流的原理图。设单相电路的电源电压us=Umsinωt，则非线性负载的周期非正弦电流可以用傅立叶级数展开为

式中：i1(t)及in(t)分别为基波电流和n次谐波电流。

可以把它们进一步分解为正弦和余弦两部分：

i1(t)=I1cosφ1sinωt＋I1sinφ1cosωt=i1p(t)＋i1q(t)

in(t)=Incosφnsinnωt＋Insinφncosnωt=ins(t)＋inc(t) n>1 （8）

式中：i1p(t)及i1q(t)分别为基波有功电流和基波无功电流；

ins(t)及inc(t)分别为n次谐波的正弦和余弦分量。

用自适应噪声抵消法进行谐波检测，取iL作为原始输入，若将i=i1＋i2＋……in看作“噪声干扰电流”，则其他更高次谐波的总电流ih就是需要检测的“信号”，i和ih不相关；取sinωt,cosωt以及它们的2、3、……、n次等倍频谐波作为参考输入，它们和i对应的各次正弦和余弦分量分别相关，而和ih不相关。可以看出，上述条件满足自适应噪声抵消法的要求，当选用适当的多路自适应滤波器并采用最小均方算法后，可以通过多路自适应滤波器得到“噪声干扰电流”i的各分量以及“信号”ih的最小均方误差意义下的最佳逼近值。从上述分析可以看出：

1）检测总谐波电流只取sinωt，cosωt作为参考输入，ANN学习完成之后，系统的输出z(t)即为总谐波电流。

2）检测奇次谐波电流取sinωt，cosωt以及

sin(2k＋1)ωt，cos(2k＋1)ωt(3?2k＋1?n，k为

正整数)等作为参考输入，ANN学习完成之后i2k＋1=w(2k＋1)s×sin(2k＋1)ωt＋w(2k＋1)c×

cos(2k＋1)ωt，就是对应的奇次谐波电流的值。

3）检测偶次谐波电流取sinωt，cosωt以及sin2kωt，cos2kωt(2≤2k≤n,k为正整数)等作为参考输入，ANN学习完成之后i2k(t)=w2ks×sin2kωt＋w2kc×cos2kωt，就是对应的偶次谐波电流的值。

3 基于瞬时无功功率理论的畸变电流瞬时检测方法

瞬时无功功率理论[1]的基本思路是将abc三相系统电压、电流转换成αβο坐标系上的矢量，将电压、电流矢量的点积定义为瞬时有功功率；将电压、电流矢量的叉积定义为瞬时无功功率，然后再将这些功率逆变为三相补偿电流。瞬时无功功率理论突破了传统功率理论在“平均值”基础上的功率定义，使谐波及无功电流的实时检测成为可能。该方法对于三相平衡系统的瞬变电流检测具有较好的实时性，有利于系统的快速控制，可以获得较好的补偿效果。但该方法对于三相不平衡负荷所产生的无功和谐波电流，补偿效果则不理想，且只适用于三相系统，不能用于单相系统。

3.1 开环检测方案

基于瞬时无功功率理论的谐波及无功电流开环检测方案[2]如图4所示。

图4中，LPF为低通滤波器，变换矩阵C3s/2r为三相静止坐标系到两相旋转坐标系（dq坐标系）的变换阵。在谐波及无功电流的检测系统中，首先检测基波有功电流，然后从三相负载电流中减去基波有功电流，从而获得谐波及无功电流。根据瞬时无功功率理论，可以推导如下结论[3][4]：三相负载电流经过dq变换，得到有功电流ip和无功电流iq（图4中未画出）。基波有功电流在dq坐标系下表现为电流ip中的直流分量。在dq坐标系下，将有功电流ip进行低通滤波得到直流分量，经过dq反变换可以得到基波有功电流。上述检测方案具有动态响应快、实时性好的优点。但是，由于电路采用开环结构，检测系统鲁棒性较差，需要采用高精度模拟乘法器[5]。

3.2 闭环检测方案

为了增强检测系统的鲁棒性，将闭环拓扑结构与瞬时无功功率理论的原理结合起来，可以构造出如图5所示的闭环检测电路[6]。

图5中，G(s)与图4中的LPF不同，指一般的传递函数。谐波及无功电流检测的基本原理与图4相同，也是先获得基波有功电流，然后从负载电流中减去基波有功电流，从而得到谐波及无功电流。

4 仿真和实验验证

为验证所提出的谐波电流检测方法，进行了仿真和实验验证，结果如图6所示。全球领先的单片机和模拟半导体供应商

MicrochipTechnology（美国微芯科技公司）近期推出一款适用于数码应用的创新模拟器件。

新器件采用具有低功耗片选的8引脚封装，并实现标准二级放大器信号链。器件内部的二级放大连接功能可将一个运算放大器的输出作为另一个运算放大器的输入，从而使得整体设计更为紧凑。

MicrochipMCP62x5器件能在扩展工业温度范围（即－40℃～125℃)内运行，能提供轨到轨输入/输出（I/O)的单端运算放大器。新器件的增益带宽积(GBWP)为2MHz、5MHz及10MHz，可在低供电电流下运行，有助于设计人员开发高效电流流量设计。

新器件GBWP变化的迁移路径，设计人员可以