一种简单实用的APF 谐波电流检测实验系统
交流充电桩 单相 apf 谐波检测 重复控制-概述说明以及解释
交流充电桩单相apf 谐波检测重复控制-概述说明以及解释1.引言1.1 概述交流充电桩是一种用于给电动汽车充电的设备，随着电动汽车的普及和市场需求的增加，交流充电桩的重要性也日益凸显。
在传统的电力系统中，电动汽车的充电往往会引起诸如谐波污染、电压波动等问题，而这些问题会对电力系统的稳定性和安全性产生影响。
为了解决这些问题，通过引入一些先进的技术手段，如单相APF（主动功率滤波器）、谐波检测和重复控制等，可以有效地改善充电桩的性能和稳定性。
单相APF是一种通过控制电流波形，消除电网中的谐波成分的装置，它能够在不改变电网原有电流波形的前提下，补偿电流中的谐波成分，降低电网的谐波水平，提高电力质量。
谐波检测是一种通过对电网电流和电压进行采样和分析，检测电网谐波成分的方法。
通过对谐波的检测，可以了解电力系统中存在的谐波问题，并采取相应的措施进行补偿和控制。
重复控制是一种基于周期性信号的控制方法，通过精确控制周期信号的相位和幅值来实现对电力系统中谐波的消除。
本文将重点探讨交流充电桩、单相APF、谐波检测和重复控制这几个关键技术在充电桩中的应用，并分析它们对充电桩性能的影响。
通过对交流充电桩的分析和研究，可以为电动汽车的充电提供更加稳定和高效的电力条件，推动电动汽车普及和能源的可持续发展。
文章结构部分的内容是对整篇文章的结构进行说明。
在这一部分，我们将简要介绍文章的各个章节以及每个章节的主要内容。
1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分，每个部分包含多个子章节。
引言部分包括了概述、文章结构和目的三个子章节。
在概述中，我们将对整篇文章的主题进行简要概括，引起读者的兴趣。
文章结构一节则对整篇文章的各个章节进行了总览，方便读者了解文章的大致结构。
目的一节则说明了本文的写作目的，即介绍交流充电桩、单相APF、谐波检测和重复控制的相关内容。
正文部分是本文的核心内容，包括了交流充电桩、单相APF、谐波检测和重复控制四个主题。
一种简单实用的APF谐波电流检测实验系统
ｄｔ ｔ ｇ ｓｓ ｍ ｒｈｒ ｏ ｉ ｃｒ ｎ ｆＡ Ｆ ｉ ｏ ｔ ｅ ｙＵ ２ ６ Ａ Ｄ ｄｔ ｏｌ ｔ ｇｂ ｃ ｅ ｇｊｉｅ ｔ ｅ ｃｉ ｙｔ ｆ ａｍ ｎｃ ｕｒ ｔ Ｐ ｂａ ｄｂ Ａ ０ ／ ａ ｃｌ ｃｎ ｌ ｋｂ ｉ ｎ ｄｗｉ ｅ ｎ ｅ ｏ ｅ ｏ ｓ ｎ ｉ ａ ｅｉ ｏ ｎ ｏ ｈ
ｌ 引 言
Ａ Ｆ 是一种 治理谐波和 补偿无 功 的 电力 电子装 Ｐ 置 ，而谐波 电流检测是其关键技术 。基 于三相 电路瞬 时无 功 功率理 论 的三相 电路 谐波 电流检 测 方法（是 】 得到公认 的较 为成熟 的方法 。而对 于单 相 电路 ，至今
仿真验证 ，而缺少实验环节 。针对此问题 ，将 ＵＡ ０ ／ ２６Ａ Ｄ数据采集卡通过 Ｐ Ｉ Ｃ 口与计算机相连 ，以电源 电压和
负载电流作为输入信号可 以构成一种简单实用 的 ＡＦ谐波电流检测实验系统 。 Ｐ 该系统具有 结构简单 、 稳定性好、 可靠性 高、程序 设计较为容易等特点 。使用此系统对一种基于神经 网络 的谐波 电流检测方法进 行了实验，实验 证实使用此实验系 统可 以方便验证所提 出的 Ａ Ｆ谐波 电流检测方法的正确 性和检测性能。 Ｐ 关键词 ：有源电力滤波器 ；谐波 电流；实验系统 ；ＡＤ数据采集卡 ：程序设计 ／
ｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｘ ｅ ｉｎｌ ｖ ｒ ｙ ｔ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｅｅ ｔ ｅ ｆ ｍａ ｃ ｆｔ ｒ ｐ ｅ ｅｅ ｔ ｔ ｄ ｆ ｒ ｔ ｅ ｓ ｓｅ Ｃ ｌ ｅ ｐ ｄｅ ｔ ｅ ｆ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓ ａ ｄ ｄ ｔ ｃｉｇ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｐ ｏ ｓ ｄ ｄ ｔｃ ｉｇ ｍｅ ｏ ｏ ｌ ｙ ｉ ｈ ｎ ｎ ｏ ｈ ｏ ｎ ｈ
（ｃ ｏ ｌ ｆ ｌｃ ｉａａ ｄ ｎｏｍａ ｏ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｊ ｇｕＵ ｉｅｓｙ Ｚ ｅｊ ｎ １ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ Ｅｅｔｃｌｎ ｆｒ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ，ｉ ｓ ｎｖ ｒｔ， ｈ ｎｉ ｇ２ ２ １ ， ｈｎ ） ｏ ｒ Ｉ ｉ ｎ ａ ｎ ｉ ａ
电力系统中谐波电流的快速检测及抑制
关键词 ： 谐波 电流快速检测 ；ＡＰ Ｍａｌｂ Ｓ Ｆ； ｔ ａ 中圈分类号 ： ４ ＴＩ ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｑｕｃ ｔ ｃｉｎ ａ ｄ Ｓ ｐ ｒｓｉｎ ｏ ｒ ｎ ｃＣｕ ｒ ｎ ｏ ｒＳ ｓｅ ｉｋ Ｄｅｅ ｔ ｎ ｕ ｐ ｅ ｓｏ ｆＨａ ｍｏ ｉ ｒｅ ｔｉ Ｐ ｗｅ ｙ ｔｍ ｏ ｎ
在各 种 有 源 电力 滤 波 器 中 ， 联 型 有 源滤 波 器 并 是最基 本 的一种 ， 是工 程实 际 中应用 最多 的一种 ， 也
它集中地体现了有源电力滤波器的特点 。其原理见
图 １ 。
网是 一 种污染 ， 使用 电设 备所 处 的环境 恶化 ， 它 也对 周 围 的通信 系统 和公 用 电网 以外 的设备带 来 危害 。 有 源 电力滤 波器 （ ）） Ｆ 是一 种 用 于动 态抑 制谐 波 的新 型 电力 电子 装 置 ， 能 对 大小 和频 率 都 变 化 它 的谐 波进 行 补偿 … 。并 联 型 Ａ Ｆ复 杂 的 电 力 电子 Ｐ 装置 ， 既包 括主 电路 ， 也包 括 控 制 电路 ， 由于 整 个 系 统包 含 各种各 样 的器 件 而且 谐 波源 种 类 繁 多 ， 以 难 准 确描 述 ， 因而仿 真分 析 对 有 源 电力滤 波 器 的设 计 和性 能 分 析 有 重 要 的 意 义 。使 用 Ｍａｌ ｔ ｂ提 供 的 ａ Ｓｍｕｉｋ仿 真环 境可 以不 考 虑这 些 情 况 ， 别 Ｓｍ— ｉ ｌ ｎ 特 ｉ ｕｉｋ中 的 电力 系 统 模 型 库 Ｐ ｗｅ ｙｔ Ｂｏｋ可 ｌ ｎ ｏ ｒＳｓｅ ｌ ｍ ｃ
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பைடு நூலகம்
第３ ３卷 第 ４期
２０ ０ ６年 １ ２月
黑
龙
三电平APF的LCL滤波器设计和分析研究
三电平APF的LCL滤波器设计和分析研究俞年昌;杨家强【摘要】针对有源电力滤波器(APF)补偿谐波电流时纹波较大的问题,对二极管箝位型(NPC)三电平APF的LCL滤波器设计和分析方法进行了研究.分析了滤波电感、电容和阻尼电阻等各个参数对LCL滤波器的影响,给出了LCL滤波器的设计原则和约束条件,提出了一种简单实用的LCL滤波器设计方法.首先,根据有源电力滤波器需要补偿谐波电流的最高次数和开关频率选定LCL滤波器谐振频率；然后,为了解决低频谐波电流和高频开关纹波电流互相干扰的问题,同时为了减小电感体积、节约成本,根据设计原则和约束条件对LCL的各个参数进行了优化设计；最后,在5 kVA 三电平并联型有源电力滤波器实验平台上进行了实验验证.实验及研究结果表明,该设计方法在保证有源电力滤波器高补偿带宽的同时可以有效降低其纹波电流.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2014(031)005【总页数】5页(P624-628)【关键词】LCL滤波器;有源电力滤波器;三电平逆变器【作者】俞年昌;杨家强【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM72;TP4770 引言随着电力电子设备等非线性负载的广泛应用，谐波和无功问题日益凸显。
而有源电力滤波器(APF)正是解决这一难题的有效手段[1-2]。
在当前低压领域APF已经日益完善，而大功率电力电子装置的应用使得大功率中高压APF的需求日益迫切。
对此，学术界提出了三电平APF的方案。
相比于传统的两电平APF，三电平APF 可以承受更高的电压，具有更低的谐波畸变率、更低的开关频率和更少的损耗，因此更加适用于中高压大功率领域。
三电平APF要求具有较高的补偿带宽和较低的开关纹波电流。
而LCL滤波器可以兼顾低频段增益和高频段的衰减，在同样的开关频率下，LCL所需电感更小，在大功率的场合可以有效地减小系统的体积和降低成本，因此LCL滤波器在大功率的场合具有广阔的应用前景[3]。
apf谐波检测原理
apf谐波检测原理
APF（Active Power Filter）是一种用于谐波补偿的主动电力滤波器。
谐波是指在电力系统中频率是基波频率的整数倍的波形失真。
谐波会导致电力系统中的电压和电流失真，从而影响设备的正常运行。
APF的原理是通过探测电网中的谐波成分，然后产生与谐波相反的波形，将其注入到电网中，以抵消谐波，从而实现谐波的消除或补偿。
APF的工作原理可以从以下几个方面来解释：
1. 谐波检测，APF首先需要对电网中的谐波进行检测和分析。
这通常通过谐波检测器来实现，谐波检测器可以采集电网中的电压和电流信号，并对其进行傅立叶变换，以分析出各阶谐波的幅值和相位信息。
2. 谐波补偿，一旦谐波成分被检测到，APF就会根据检测到的谐波信息，通过控制器计算出相应的补偿波形。
这些补偿波形通常是与谐波相位相反的波形，通过逆变器等电子器件产生，并注入到电网中。
3. 实时响应，APF需要实时地对电网中的谐波进行补偿，因此
需要具备快速的控制系统和响应速度。
控制器通常会根据谐波检测
器的反馈信号，动态调整补偿波形的参数，以实现准确的谐波补偿。
总的来说，APF通过检测电网中的谐波成分，并实时地产生相
反的补偿波形，从而消除或补偿谐波，保证电网中的电压和电流波
形符合正弦波形，确保电力系统的正常运行。
三相三线制有源电力滤波器谐波检测方法
三相三线制有源电力滤波器谐波检测方法韩晓新;是利娜;邢绍邦;王大志;沃松林【摘要】针对三相三线制有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)中的谐波检测,研究了基于瞬时无功理论的谐波电流快速检测算法,结合谐波检测过程中出现的频率混叠现象而搭建的二阶巴特沃斯低通滤波器,共同实现了有源电力滤波器高精度的谐波检测功能.实验结果验证了方法的正确性和可靠性,对于提高APF的补偿性能有很大的帮助.%Aiming at the harmonic in three-phase three-wire active power filter (APF), we studied a harmonic current rapid detection algorithm based on instantaneous reactive power theory. Combining with a second-order Butterworth low-pass filter for suppressing the frequency aliasing phenomenon, we realized high precision harmonic detection for APF. The experiment results validated the correctness and robustness of the method. It can greatly improve the APF compensation performance.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2012(026)001【总页数】7页(P35-41)【关键词】瞬时无功;频率混叠;有源电力滤波器;谐波检测;谐波抑制【作者】韩晓新;是利娜;邢绍邦;王大志;沃松林【作者单位】江苏技术师范学院电气信息工程学院,江苏常州213001;煤科总院常州自动化研究院,江苏常州213001;江苏技术师范学院电气信息工程学院,江苏常州213001;东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110004;江苏技术师范学院电气信息工程学院,江苏常州213001【正文语种】中文【中图分类】TM760 引言电能已成为当今社会生产和人们日常生活中不可或缺的一种重要能源,但是随着现代工业技术的发展,各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器及开关电源等大规模地应用,向电网中注入了大量的高次谐波.这些谐波使电网中电压和电流的波形产生了严重的失真,大大降低了电网的供电质量,因此电网谐波含量成为了衡量电能质量最重要的指标之一.世界各国已经十分重视对电能质量的管理,有力地促进了学术界和工程界对谐波抑制、无功补偿技术的研究.谐波治理是电能质量问题的核心内容之一,也是现代电力生产发展的迫切要求,因此有源电力滤波器作为综合治理电网污染的最有效手段,有着广阔的应用前景[1].1 并联型有源电力滤波器的基本原理与特点有源电力滤波器是一种新型主动抑制谐波和补偿无功的电力电子补偿装置,具有较好的动态性能,它的原理是产生和谐波源谐波电流具有相同幅值而相位相反的补偿电流来达到消除谐波的目的.电压并联型有源电力滤波器的工作原理如图1所示. 图1中,交流电网为非线性负载供电,非线性负载会产生谐波并且消耗无功功率.系统将含有谐波的电流信号采集过来,处理器得到电流数据后利用相应的谐波检测算法将电流信号中的基波分量和谐波分量提取出来.然后根据得到的谐波分量迅速发出PWM波形信号给IGBT驱动电路,变流器主电路受驱动电路控制产生与谐波电流幅值相同但方向相反的补偿电流,经电感送至电网当中从而使电网中的总谐波电流为零,达到对电网谐波实时补偿的目的[2].并联型APF克服了PF只能对特定谐波有效治理的缺点,实现了动态补偿.并联型APF可对频率和大小都变化的谐波和无功功率进行补偿,而且对补偿对象的变化有极快的响应.还具有跟随电网频率的特性,因此其补偿性能不受电网频率变化的影响.因此,在对电能质量要求越来越严格的今天,采用并联型APF作为谐波消除装置的优势已日渐突出,随着电力电子器件性价比的不断提高,有源电力滤波器必然会得到更广泛的应用[3].图1 电压型并联APF系统结构图Fig.1 Structural diagram of shunt voltage-source APF system2 基于 ip-iq算法的谐波快速检测方法谐波电流检测的准确性是有源电力滤波器可靠运行的首要环节,如果谐波电流无法准确及时地获得,那么有源电力滤波器补偿电流的准确产生及对谐波电流的补偿效果就无从说起.最早的谐波检测方法是采用模拟电路来实现的,虽然硬件实现比较简单但是所引起的相位和幅值的误差都比较大,而且受环境和参数变化的影响也比较大.随着检测算法的不断发展和处理器速度的不断提高,数字处理方法凭借其快速、稳定、可靠等优点已经取代了模拟方法并广泛应用于谐波检测当中[4].ip-iq法的核心思想是把满足ia+ib+ic=0的三相电流 ia,ib,ic首先经过不含零序分量的Park变换得到 ip,iq,然后用低通滤波器滤波提取出 ip,iq中的直流分量¯ip,¯iq,则由¯ip,¯iq即可计算出iaf,ibf,icf,进而由三相电流减去此基波正序分量 iaf,ibf,icf 即得到谐波和基波负序零序分量之和iah,ibh,ich,其检测原理如图2所示.在该方法中,正余弦函数s inω t,cosω t是采用查表计算的方法来实现的.即根据预定好的采样频率,建立起正弦和余弦函数表,将设计好的正余弦表放到处理器的程序存储器中,在每次采样时刻到来之前从表中提取出所要用到的正余弦值提供给Park 变换计算使用.由于没有直接使用系统电压信息,只是借助于构造的正弦和余弦函数来实现 Park变换,因此检测结果的精度不受系统电压波形畸变的影响,克服了 p-q法受系统电压波形畸变影响比较严重的缺点.但是这种方法对与电网频率同步采样的要求非常严格,在实际应用中采用硬件实现的锁相倍频电路可以完成对电网频率的精确跟踪,很好地解决了这个难题.基于 ip-iq算法的谐波检测方法外部硬件电路简单、可靠性高、计算速度快,对APF谐波补偿性能有很大的提高.图2 ip-iq法谐波检测原理图Fig.2 Functional block diagram for method of ip-iqharmonic detection3 混叠现象原理分析谐波检测是有源电力滤波器控制系统的核心部分,系统的采样速度和精度直接影响着系统的实时性能.因此如何得到快速精确的采样数据是谐波检测的首要任务.频率混叠是数字信号处理中特有的现象,它是由数字信号中离散采样所引起的,凡是等步长的离散采样必然会产生频率混叠现象.频率混叠会产生假频率、假信号,会严重影响测量结果.在信号采集中,当信号的频率 f超过1/2采样频率 fs,即当 f＞1/2fs时在时间域上会出现f′=｜fs-f｜的现象,其最大幅值与输入幅值的关系基本保持不变.在频域上出现频率为f′=｜fs-f｜的假频,由此折叠效应所造成的混频现象就称之为频率混叠现象[5].频率混叠现象也就是当采样信号的频率低于被采样信号的最高频率时,采样所得的信号中混入了虚假的低频分量,从而影响检测结果的准确性.有源电力滤波器谐波检测结构如图3所示,电网电流经过莱姆霍尔电流传感器按照一定的比例进行缩小,通过精密采样电阻将小电流信号转换成0～5 V电压信号,然后电压信号进入抗混叠处理电路进行滤波,最后再送入AD转换芯片进行采集.为了保证APF谐波采样的精度,设定采样频率为电网工频的256倍,也就是每个周期的电流波形用256个点来进行还原.但是,电网电流中含有大量高次谐波,为了避免三相负载电流中的高频分量在数字采样过程中产生频率混叠现象,从而影响谐波检测的精度,必须设置抗混叠低通滤波器来进行滤波.如果抗混叠低通滤波器截止频率 fs设置过低,虽然能保证滤除效果,但是过低的截止频率将使被滤波信号存在较大的相位移,影响电流检测的实时性和准确性.所以,应当合理选择抗混叠低通滤波器的截止频率,使抗混叠滤波器在保证有效滤除高频谐波的前提下,同时保证信号采样的精度[6]. 图3 谐波检测结构框图Fig.3 Diagram of harmonics detection对信号不失真采样,一般需要满足奈奎斯特抽样定理(Nyquist Sampling Theorem):1)被抽样信号为带限信号,即信号最高频率fs≠-∞;2)采样频率至少为被抽样信号最高频率的两倍,即fs≥fmax[7].其中,采样频率fs=256×50=12.8 kHz,因此 fmax的上限值必须小于6.4 kHz,这样才能满足奈奎斯特抽样定理的要求.因此,需要设计一个截止频率为6.4 kHz的低通滤波器来实现APF电流检测过程中的抗混叠处理功能,从而保证APF谐波检测的准确性.4 抗混叠滤波器设计为了保证APF系统对电流检测的精度,在AD对电流信号进行采样之前,设计一个截止频率为6.4 kHz低通滤波器,将高次谐波除掉,以防止频率混叠现象发生.图4为应用C8051F330单片机和有源滤波芯片MAX260构成的抗混叠滤波器电路图.抗混叠滤波器采用 MAXIM 公司生产的可编程通用有源滤波器芯片MAX260,可编程通用有源滤波器MAX260的参数设置需要通过一片微处理器来完成,在这里采用C8051F330单片机来完成.其中单片机通过 P1口的 I/O引脚向有源滤波芯片MAX260中写入控制数据.A0-A3是 f0和Q及工作方式输入数据单元的地址输入端,选定地址后通过D0和D1端口写入相应的编程数据,P0.7端口模拟时钟信号作为两个二阶滤波器提供内部采样速率.由于是巴特沃斯低通滤波则选择滤波器A和滤波器B的工作方式都为方式1,根据公式 N=fCLK/f0,其中低通滤波截止频率 f0的值选择为6.4 kHz,fCLK为800 kHz,得到输入数据NA=135.08,NB=139.08,再由 Q=f0/BW得到QA=1.036,QB=0.547,对截止频率进行修正,通过单片机程序向MAX260中写入这些数据信息,就实现了所要的滤波效果.图4 C8051F330与 MAX260的电路连接图Fig.4 Circuit of C8051F330 and MAX2605 仿真结果图5为PSIM 中仿真模型图.仿真模型采用的算法为 ip-iq算法,在图5中,经过电流传感器得到的负载电流 Ia,Ib,Ic作为3个流控电压源的控制端,由电流信号变为电压信号进入到ABC-DQO变换模块,完成了三相到两相的变换,得到了有功电流 ip和无功电流iq,通过PSIM与Matlab/Simulink的接口模块SimCoupler将有功电流ip和无功电流iq的数据传递给在Simulink中搭建的数字低通滤波器模型,经过低通滤波后,将有功电流 ip和无功电流iq中交流分量滤除,得到有功电流 ip和无功电流iq中的直流分量 ipd和iqd,再通过PSIM 与Matlab/Simulink的接口模块SimCoupler将 ipd和iqd传递到 PSIM 中,进入到DQO-ABC模块进行2/3变换,得到负载电流 Ia,Ib,Ic的基波分量ia_f,ib_f,ic_f,负载电流Ia,Ib,Ic与其基波分量ia-f,ib-f,ic f相减后就得到其谐波分量iah,ibh,ich.图5 检测模块在PSIM中仿真模型图Fig.5 Diagram of simulation model for detection module under PSIM在PSIM的仿真模型中,采用了峰值电压有效值为11.82 V、频率50 Hz的三相交流电,作为三相全桥整流电路的输入,三相全桥电路是非线性的,并带有电感、电容和电阻等负载,因此负载电流有畸变,由于三相电压和电流均对称,所以只取A相电流和电压,其波形如图6所示.经电流传感器得到的三相电流ia,ib,ic经流控电压源变为电压信号后,进入ABC-DQO进行坐标变换,得到有功电流 ip和无功电流iq的数据,波形如图7所示.图6 电源电压和A相电流Fig.6 Power supply voltage and current of A-phase 图7 有功电流和无功电流Fig.7 Active current and reactive current在得到有功电流 ip和无功电流iq后,进入到椭圆低通滤波器进行滤波,滤除有功电流 ip和无功电流iq中的交流分量,得到有功电流 ip和无功电流 iq的直流分量,波形如图 8所示.在得到有功电流 ip和无功电流 iq的直流分量,后,进入DQO-ABC模块完成坐标反变换,再进入压控电流源,得到三相电流 ia,ib,ic的基波分量iaf,ibf,icf,再与负载电流ia,ib,ic相比较即可得到谐波电流分量iah,ibh,ich,如图9所示.由以上的仿真结果可以看到,ip-iq算法可以有效检测出负载电流中的基波以及谐波. 图8 有功电流和负载电流的直流分量Fig.8 DC component and of active current and reactive current图9 A相谐波电流、A相电流与A相基波电流的对比Fig.9 Harmonic current of A-phase,current of A-phase and fundamental current of A-phase6 实验结果图10是经过霍尔电流传感器进行比例变换以后的电流波形,从中可以看出由于谐波的存在,A相电流的波形和标准的正弦波有一定的差距.使用示波器中的FFT分析功能可以得到A相电流中的各次谐波含量.如图11(a)所示,图中横轴每个格代表1.25 kHz的频率,那么频率高于 6.4 kHz的信号都在 5个格以后.图11(b)是抗混叠滤波器输出的电流信号的FFT波形,可以看出5格以后频率高于6.4kHz的信号含量减少了很多,大大降低了谐波检测中信号混叠现象发生的机会.通过以上的硬件平台,我们得到了部分实验波形和数据,包括有功电流 ip、无功电流iq、有功电流的直流分量、无功电流直流分量、A相电流 ia、A 相电流滤除谐波后的基波 iaf以及A相电流中的谐波 iah.由于在谐波检测模块中没有使用D/A数模转换器,所以我们将DSP计算得到的数据从内存中取出后,选取的是电压、电流相对稳定之后的数据,使用Matlab的绘图功能绘制.图10 A相电流信号波形Fig.10 The current waeform of Phase A图11 抗混叠滤波前后的FFT波形对比Fig.11 The contrast of FFT waveform between before anti-aliasing filtering and afert it有功电流 ip、无功电流 iq、有功电流的直流分量、无功电流直流分量的实验波形如图12所示.图13为A相电流、A相电流滤除谐波后的基波以及A相电流中的谐波.将图13与图9进行对比发现:实验图形与仿真图基本接近,说明本文的谐波检测平台是有效的,谐波检测算法是正确的.图12 有功电流及其直流分量,无功电流及其直流分量的实验波形Fig.12 Test waveforms of active current,reactive current,and their DC component图13 A相电流、A相电流滤除谐波后的基波以及A相电流中的谐波Fig.13 Current of phase A,fundamental wave after filtering harmonic and its harmonic7 结论实践证明,基于瞬时无功功率理论的 ip-iq算法结合抗混叠滤波器所构成的的有源电力滤波器谐波检测方法具有外部硬件电路实现简单、可靠性高、计算速度快、检测精度高等特点,对APF谐波补偿性能有很大的提高.参考文献:[1]姜齐荣,赵东元,陈建业.有源电力滤波器—结构原理控制[M].第一版.北京:科学出版社,2005:1-20,70-78,85-100.[2]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].第一版.北京:中国电力出版社,2006:5-13,44-57.[3]Gyugyi L,Strycula E C.Active ac Power Filters[C].Proc of IEEE/IAS Annual Meeting,1976:259-535.[4]戴朝波,林海雪,雷林绪.两种谐波电流检测方法的比较研究[J].中国电机工程学报,2002,17(1):80-84.Dai Chaobo,Lin Haixue,Lei Linxu.A study on the comparison of two harmonic current detecting methods[J].Proceedings of theCSEE,2002,17(1):80-84.(in 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谐波检测电路设计
谐波检测电路设计对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。
设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。
本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。
以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。
1 装置整体运行原理及相关算法1．1 装置运行原理图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。
图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。
有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。
谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。
然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。
这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。
此时，APF产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量，从而达到滤波目的。
有源电力滤波器检测模块的工作框图如图2所示。
6路电流信号包括三相电流ia、ib、ic以及由APF发出的补偿电流，这6路电流信号经霍尔电流传感器变换后，在高精度取样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，霍尔电流传感器采用LEM公司生产的LA55-P，采用这种霍尔传感器加高精度取样电阻的方式，可以获得更好的抗干扰能力，模拟信号变换的精度更高。
直流母线电压信号经霍尔电压传感器变换后，由于对直流母线电压的精度要求不高，就不再进行信号调理而直接进入A／D芯片的模拟信号输入通道。
谐波电流测试方法
谐波电流测试方法谐波电流的存在会对电力系统产生一定的影响，因此准确地测试和分析谐波电流显得尤为重要。
在本文中，我们将介绍一种常用的谐波电流测试方法，以帮助读者更好地理解和应用于实际工程中。
一、谐波电流测试的背景在电力系统中，电流通常由正弦波组成，但谐波电流则包含了频率是基波频率整数倍的成分。
这些谐波电流可能会导致电力系统中出现电压失真、功率损耗以及设备故障等问题。
因此，对谐波电流进行准确可靠的测试是非常重要的。
二、谐波电流测试的原理谐波电流测试的原理是利用谐波分析仪对电流进行检测和分析。
该仪器能够分解电流波形，并直观地显示谐波电流及其幅值、相位等相关参数。
谐波分析仪通常采用采样技术和数字信号处理等先进技术，以确保测试的准确性和精度。
三、谐波电流测试的步骤1. 准备工作：首先，确保测试设备和测试仪器工作正常。
检查电流传感器的连接和校准，确保其准确地测量电流信号。
2. 测试回路：选择需要测试的电流回路，并将测试仪器的传感器连接到回路上。
根据实际情况，选择合适的传感器类型和连接方式。
3. 设置测试参数：根据具体需求，设置测试仪器的参数。
包括采样频率、谐波阶数等。
根据测试仪器的使用说明书，正确设置参数能够提高测试的准确性。
4. 进行测试：启动测试仪器，开始进行电流测试。
测试仪器会自动采集和分析电流信号，并将测试结果以图形或数据的形式显示出来。
5. 分析和结果：根据测试结果，进行谐波电流的分析和判断。
根据具体情况，评估谐波电流对电力系统的影响，并采取相应的措施进行处理。
四、谐波电流测试的注意事项1. 保护设备：在进行电流测试时，特别是在高电压环境下，务必采取必要的安全措施，保护测试仪器和测试人员的安全。
2. 数据可靠性：测试过程中，应确保测试数据的可靠性和准确性。
避免测试误差和干扰，保持测试环境的稳定和静默。
3. 结果分析：对测试结果进行全面和综合的分析，不仅仅局限于谐波电流的幅值和相位等参数，还需考虑电流的谐波分布、波形失真等因素。
基于APF的电动汽车充电桩谐波的检测及抑制
经 过 对谐 波 电流 的 ＦＦＴ分 析之 后 ，通过 ＭＡＴ． ＬＡＢ仿 真 得到 总谐 波 失 真 的 ＴＨＤ值 为 ６０．４４％，在 图 ６中可 以看 出负载 电流 中存在 着 ３、５、７、１１和 １３
图４ 单周控制的有源电力滤波器原理图 在图４中， 和 ｉ 分别为电源的电压和电流 ；
有源 电力 滤波 器 （ＡＰＦ）是 近些 年 来 在 电力 电 子技 术 领 域 使 用较 多 的装 置 ，它 可 以 补偿 无 功 功 率和提高 电路的功率因素 ，其 电路结构主要包括 ３ 大部 分 ：驱动 电路 、指 令 电流 运算 电路 和 电流跟 踪 控 制 电路 ”，并 联 型 有 源 电力 滤 波 器 电路 原 理 图 如 图 ｌ所示 。
网运 行 存 在 着很 大 的干 扰 ，由此说 明抑 制 谐 波 的
重 要性 。
对 图５的负载电流经过 ＦＦＴ分析之后的图谱
如 图 ６所 示 。
０
Ｃ ０
Ｅ
∞
Ｃ ３ ｕ－
ｏ
永
ｍ
Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ（５０Ｈｚ）＝２４．６５，ＴＨＤ＝６０．４４％
Ｈａｒｍ ｏｎｌｃ ｏｒｄｅｒ
等奇 次谐 波 ，这 也是 负载 电流 不是 正弦 波 的原 因。 经 过 基于 单周 控制 的有 源 电力 滤波 器对 电网
电流 的补偿 作用 ，得 到交 流 侧 电压 和 电流 的 波形 如 图 ７所 示 。
从图 ７可 以看 出 ，经过单周控制 的单相有源 电力滤波器 的作用 ，电网交流侧 的电压与电流都 为正弦波 ，且 同步 ，这样一来不仅 提高了功率因 素 ，也补 偿 了无 功功 率 ，这说 明 了将三 相 瞬时无 功 功率 一 理论 和单周控制相结合 的方法运用于交 流 充 电桩装 置 中是可 行 的。
采用APF进行谐波治理和无功补偿的工程应用
采用APF进行谐波治理和无功补偿的工程应用姚锦卫;张国兴;张颖【摘要】大部分工矿企业的用电情况复杂,大量非线性负荷使供电系统中高次谐波含量增加,引起电网电压畸变,常规无功补偿设备无法有效应对.针对上述现象,本文提出了一种由三电平拓扑电路组成的有源电力滤波器(APF)模块设备,安装在变压器二次侧0.4 kV母线上,对电源系统进行谐波治理和无功补偿.该模块运行速度快、功率损耗低、体积小、重量轻,较适宜于现场的安装改造.工程实践证明该模块能够有效解决供电系统谐波污染和无功补偿问题.%The situations of electricity consumption in most industrial and mining enterprises arecomplex,resulting in the increase of high-order harmonic contents due to a large number of non-linear loads and further causing the voltage distortion of power grid. However,these problems cannot be effectively solved using the conventional reactive power compensation devices. In this paper,an active power filter(APF)modular device consisting of a three-level topology circuit is proposed,which can be installed on the secondary side of 0.4 kV bus of the transformer to perform harmonic control and reactive power compensation for the power system. It is found that this module is more suitable for on-site in?stallation and transformation owing to its fast speed,low power loss,small size,and light weight. A practical engineer?ing application showed that the proposed module can effectively solve the problems of harmonic pollution and reac?tive power compensation.【期刊名称】《电力系统及其自动化学报》【年(卷),期】2018(030)006【总页数】5页(P140-144)【关键词】无功补偿;电能质量;谐波污染;谐波治理;有源电力滤波器【作者】姚锦卫;张国兴;张颖【作者单位】河北省科技工程学校,保定 071000;鼎阳智电慧服科技股份有限公司,保定 071051;河北省科技工程学校,保定 071000【正文语种】中文【中图分类】TM76随着电力电子技术的发展和晶闸管、绝缘栅双极晶体管 IGBT（insulated-gate bipolar transistor）等相关电力电子器件的广泛应用，非线性负荷在用电设备中所占的比例显著提升并呈逐年扩大的趋势。
统一电能质量调节器并联侧APF谐波检测技术
１ 引 言
电 能质 量 问题 不 仅 是 电力 系 统 中 电压 和 频 率 等基 本 技 术 问题 ，它 关 系 到 整 个 电力 系 统 及 设 备 的安全 、 定 、 济 、 靠 运行 。Ｕ Ｑ 稳 经 可 Ｐ Ｃ可 进 行 电 压、 电流 补 偿 ， 较 好 地 解 决 诸 多 问题 ， 为 动 态 能 作
对 系统输 出的调节对 参考信号输入 进行 滤波 。 得 到 与原始 输入 中 的干 扰信 号 ｎ 近 似相 等 的干 扰 。
信 号 ｎ， 与 原 始 输 入 信 号作 差 ， 。再 即可 将 信 号 ｓ分
３ Ｆ Ｄ 法 和 － 的 一 致 性 分 析 Ｂ 法
在 Ｆ Ｄ法和 ｉｉ 的谐波检测算法 中，皆采 Ｂ ｐ －法
关 键词 ： 谐波 检测 ；有源 电力滤波 器 ；统一 电能质量 调节器
中图 分 类 号 ：Ｍ９ ５ Ｔ ３ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０ ｌＯ ２ １ ） １０ ６ － ４ １０ 一 Ｏ Ｘ（０ ２ ０ — ０ ６ ０
Ｒ ｓａ ｃ ｎ Ｈａ ｍｏ ｉ Ｄｅｅ ｔ ｇＭ ｅｈ ｄ ｆｒＳ ｕ ｔＡＰ ｎ ＵＰ ｅｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｎｃ ｔｃｉ ｔ ｏ ｏ ｈ ｎ Ｆ ｉ ＱＣ ｎ
速傅 里叶变换 （ ｒ ） Ｆ ｒ 的检测 法和基于 时域分析 的 Ｆ Ｄ检测法等。 Ｂ 在此研 究了 Ｕ Ｑ Ｐ Ｃ并联侧 Ａ Ｆ的谐波 电流检 Ｐ 测 技术 ，重 点研 究基于 瞬时无功功 率理论 的 ｉｉ ｐ － 法、 自适 应 法 和 Ｆ Ｄ法 等 。对 ３种 方 法 进 行 仿 真 Ｂ
题进 行深入 分析 。通过 Ｍ ｔ ｂＳｍ ｌ ｋ软件 对 Ｕ Ｑ ａｌ ／ｉ ｕｉ ａ ｎ Ｐ Ｃ系统 并联侧 Ａ Ｆ的谐 波检 测技 术和 Ｕ Ｑ Ｐ Ｐ Ｃ整体 功能进 行 了仿 真研 究。 在实验 室条件 下搭 建 Ｕ Ｑ Ｐ Ｃ实验平 台 ， 对系 统并联 侧运行 和控制 情况进 行 实验研究 。 结果表 明 ， 对 ＵＱ Ｐ Ｃ并联侧所 采用 的谐 波 电流检 测算 法和 电流跟踪 控制算 法是 正确并 可行 的。
基于一种新型正弦幅值积分器的谐波检测方法
第52卷第2期电力系统保护与控制Vol.52 No.2 2024年1月16日Power System Protection and Control Jan. 16, 2024 DOI: 10.19783/ki.pspc.230864基于一种新型正弦幅值积分器的谐波检测方法苗长新，祝宇航，赵文鹏，刘家明(中国矿业大学电气工程学院，江苏 徐州 221116)摘要：针对基于瞬时无功理论的p qi-i谐波检测法结构复杂、响应速度慢等问题，提出了一种采用改进正弦幅值积分器结构的谐波电流检测方法。
首先，利用二阶广义积分器的输出滤波特性及正弦幅值积分器的极性选择特性，使其相结合构造出了一种滤波性能更强，同时具有频率及极性选择作用的新型积分器。
然后，利用该积分器快速准确地提取基波正序分量，并有效应用于谐波检测环节中。
当电网电压存在直流偏置问题时，该积分器所构造的锁相环也能准确锁定电网频率及相位信息。
最后，理论分析及仿真实验结果表明：该方法无需进行瞬时对称分量分离，就可提取出电网电压及负载电流基波的正负序分量，计算量小，谐波检测更精确。
关键词：谐波检测；正弦幅值积分器；基波正序分量；直流偏置；锁相环Harmonic detection method based on a new sinusoidal amplitude integratorMIAO Changxin, ZHU Yuhang, ZHAO Wenpeng, LIU Jiaming(School of Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China) Abstract: There are problems of complex structure and slow response of the p qi-i harmonic detection method based on instantaneous reactive power theory. Thus a harmonic current detection method based on an improved sinusoidal amplitude integrator is proposed. First, the method uses the output filtering characteristics of the second-order generalized integrator and the polarity selection characteristics of the sinusoidal amplitude integrator to construct a new integrator with stronger filtering performance and frequency and polarity selection. Then, the integrator is used to quickly and accurately extract the fundamental positive sequence component, and is also effectively applied to harmonic detection.When the grid voltage has DC bias problems, the phase-locked loop constructed by the integrator can also accurately lock the grid frequency and phase information. Finally, the theoretical analysis and simulation experimental results show that this method can extract the positive and negative sequence components of power grid voltage and load current without instantaneous symmetric component separation. The calculation is short and the harmonic detection is more accurate.This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 62076243).Key words: harmonic detection; sinusoidal amplitude integrator; positive sequence component of fundamental wave; DC bias; phase-locked loop0 引言近年来，由于一些电力电子设备及非线性负载的广泛应用，电网中出现大量谐波[1-3]。
谐波及无功电流检测方法对比分析
谐波及无功电流检测方法对比分析0 引言APF补偿电流的检测不同于电力系统中的谐波测量。
它不须分解出各次谐波分量，而只须检测出除基波和有功电流之外的总的高次谐波和无功畸变电流。
难点在于准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流，为有源电力滤波器控制系统进行精确补偿提供电流参考，这是决定APF性能的关键。
目前文献已报道运行的三相APF中所使用的几种谐波电流检测方法，除了各自存在的难以克服的缺陷外，共同存在的问题是，由于是开环检测系统，故对元件参数和系统的工作状况变化依赖性都比较大，且都易受电网电压畸变的影响。
对单相电路的谐波和无功电流的检测还存在实时性较差的缺点。
本文对目前有源电力滤波器中应用的畸变电流检测与控制方法进行了分析比较，在此基础上，针对APF中只须检测总的畸变电流，反向后注入系统，以抵消或补偿系统中畸变电流，使电网仅提供基波有功电流这一工作特点，从保证APF能最有效地工作出发，综合瞬时无功功率理论检测法的快速性和闭环电路的鲁棒性，提出了基于瞬时无功功率理论的闭环检测方案。
从谐波及无功电流开环、闭环检测电路抽象出检测电路的本质（本文称为统一模型），在此基础上，给出了检测电路的优化设计方案，研究了检测系统中等效低通滤波器的阶数与截止频率对检测精度与快速性的影响，推导了统一模型下闭环检测电路的实现。
最后，通过实验加以验证。
1 基波幅值检测原理设单相电路中的电源电压为u s=U sin t（1）非线性负荷电流为i L(t)=i f(t)＋i h(t)=i fp(t)＋i fq(t)＋i h(t)=i fp(t)＋i c(t)（2）式中：i f(t)为i L(t)的基波电流；i h(t)为i L(t)中高次谐波电流；i fp(t)，i fq(t)分别为基波电流的有功分量和无功分量；i c(t)为要补偿的谐波和无功电流之和，称为畸变电流。
因为，负荷电流中的基波有功分量必定是一个初相角与电网电压相同，角频率为基波角频率ω的正弦波，所以，我们可以设负荷电流的基波有功分量为i fp(t)=A sin t（3）若能求出A的大小，则可由式（3）得出基波有功电流的表达式。
两种APF的电流检测方法对比分析
中图分类号 ： Ｔ Ｍ ７ ４ ３
文献 标 识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ６ — ４ ３ ｌ １ （ ２ ０ １ ４） ２ ６ — ０ ０ ３ ４ — ０ ２
关键词 ： Ａ Ｐ Ｆ ； Ｐ — ｑ法； ｉ ｐ — ｉ ｑ法 ； Ｓ Ｉ ＭＵ Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ仿真
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ＡＰ Ｆ ； Ｐ 一 ０ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ； ｉ ｐ — ｉ ｑ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ； Ｓ Ｉ ＭＵＬ Ｉ ＮＫ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ＡＰ Ｆ ． Ａｉ ｍｉ ｎ ｇ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍｅ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｉ ｒ ｄ ｈ ａ ｍ ｏ ｒ ｎ ｉ ｃ ｐ ｏ ｌ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｓ ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ Ｐ一 ０ ａ ｎ ｄ ｉ ｐ— ｉ ｑ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ａ ｎ ｅ ｏ ｕ ｓ ｒ ｅ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ．Ａｎ ｄ Ｓ Ｉ ＭＵＬ Ｉ ＮＫ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ． Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｙ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｗｏ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
APF的谐波检测算法主要可以分为三类PPT课件
iq及其各种改进算法 ➢ 基于时域分析的有功电流分离方法，如：
FBD法
谐波检测算法
ip、iq算法
ea
PLL
sin cos
Udc
ip
PI
Udc_ref
ia ib ic
i C32 i
C
ip iq
LPF ip LPF iq
if C if
1.5 0.15
1 0.1
0.5 0.05
0
2
4
6
8
10 12 14
16 18
n（ 谐 波 次 数 ）
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 n（ 谐 波 次 数 ）
在APF中开关频率为10k，开通延时设为4us，死区对输出电压的畸变率 影响很小
输出滤波器
输出滤波器
输出滤波器的Bode图
Bode Diagram
80
60
Magnitude (dB)
60
40
Magnitude (dB)
20 40
0
20 -20
0
-40
-20
-60
180
90
LCL型
LCR型
90
混合型
0
0
-90
Bode Diagram
LCL型 LCR型 混合型
Phase (deg)
Phase (deg)
实验结果
定时比较
谐波次数 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37
DC_700V 4.76 3.33 4.37 1.76 3.43 0.76 2.74 0.35 2.08 0.2 1.72 0.42
电力有源滤波器(APF)的仿真分析
《装备维修技术》2021年第6期—377—电力有源滤波器（APF）的仿真分析郭泽华（许昌电气职业学院，河南 许昌 461000）Simulation analysis of active power filterGuo Zehua引言电网谐波来源于三个方面：其一是电源质量不高产生谐波；其二是输电网产生的谐波，但是由于发电设备和电网技术的更新，其二者对于谐波污染的贡献量已经很少；其三是用电设备产生的谐波，其对于谐波污染的贡献量最多。
产生谐波电气设备主要有：1.整流设备、2.电弧炉、电石炉、3.变频装置、4.家用电器。
谐波的危害概括起来，大致可以有以下几个方面：1谐波增加了系统中元件的附加谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的使用效率、2谐波影响各种电气设备的正常工作、3谐波频率与输电系统固有的特征频率重合时会发生谐振、4谐波会导致继电保护和自动装置的误动作、5谐波会对邻近的通信系统造成明显的干扰，降低通信质量、6与弱交流系统连接时可能出现谐波不稳定性。
1 并联型有源电力滤波器工作原理在有源电力滤波器的各种类型中，占主导地位的是并联型有源电力滤波器。
这种有源电力滤波器可认为由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。
其中补偿电流发生电路由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成的。
图1 并联型有源电力滤波器的原理框图（Fig.1 principle block diagram of shunt active power filter） 图1所示为并联型有源电力滤波器的原理框图。
图中e s 表示交流电源，负载为谐波源（即补偿对象），它产生谐波并消耗有功功率。
有源滤波器与补偿对象并联接入电网，故称为并联型。
并联型APF的工作原理可由下式表示：（１-1）式中i Lf 为负载电流的基波分量，i c 为有源滤波器的补偿电流，i Lh 为负载电流的谐波分量。
由式（2-1）可以看到：当i Lh 被完全补偿后，系统电流变为理想的正弦波。
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一种简单实用的APF谐波电流检测实验系统①李自成，任明炜，李彦旭(江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013)摘 要：现有的多种有源电力滤波器(Active Power Filter, APF)单相电路谐波电流检测方法，它们的有效性均采用仿真验证，而缺少实验环节。
针对此问题，将UA206 A/D数据采集卡通过PCI口与计算机相连，以电源电压和负载电流作为输入信号可以构成一种简单实用的APF谐波电流检测实验系统。
该系统具有结构简单、稳定性好、可靠性高、程序设计较为容易等特点。
使用此系统对一种基于神经网络的谐波电流检测方法进行了实验，实验证实使用此实验系统可以方便验证所提出的APF谐波电流检测方法的正确性和检测性能。
关键词：有源电力滤波器；谐波电流；实验系统；A/D数据采集卡；程序设计Simple Practical Experimental Detecting System for Harmonic Current of APFLI Zi-Cheng, REN Ming-Wei, LI Yan-Xu(School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)Abstract: At present, the validities of many detecting methods for harmonic current of single-phase active power filter (APF) are verified by simulation but without experiments. To solve this problem, a simple practical experimental detecting system for harmonic current of APF is obtained by UA206 A/D data collecting block being joined with computer by PCI port and supply power voltage and load current being regarded as input signals. The system has the characteristics of simple configuration, nice stability, high reliability and easy programmer. Using this system, the experiment of a detecting method for harmonic current based on neural networks is done, and it validates that adopting the system can expediently verify the correctness and detecting performance of the proposed detecting method for harmonic current of APF.Keywords: active power filter (APF); harmonic current; experimental system; A/D data collecting block; programmer1引言APF是一种治理谐波和补偿无功的电力电子装置，而谐波电流检测是其关键技术。
基于三相电路瞬时无功功率理论的三相电路谐波电流检测方法[1]是得到公认的较为成熟的方法。
而对于单相电路，至今还没有一种较为成熟的方法。
现在，APF单相电路谐波电流检测方法的研究已成为众多学者关注的一个热点。
一般地，认为谐波电流检测属于非线性问题，是比较复杂的。
因此，他们纷纷将针对非线性系统的现代控制的最新理论如人工神经网络、自适应控制等用于单相电路谐波电流检测，为此提出了许多新方法，如基于神经元的自适应法[2-4]，基于补偿电流最①收稿时间:2010-09-02;收到修改稿时间:2010-09-23小原理的检测方法[5,6]，基于电路模型和神经网络的检测方法[7]等。
这些谐波电流检测方法多采用仿真验证其有效性，而缺少实验环节[3-7]。
造成这种结果的主要原因是传统的APF谐波电流检测的实验具有一定的复杂性，其复杂性主要体现在：要设计以微处理器为核心的硬件系统—包括电路板设计、电路板的生产、电路板的调试等；要设计验证检测方案的软件系统—要使用汇编语言或者高级语言(带有高级语言编译器的微处理器开发系统)编程，需要直接对硬件及接口编程，而且不同的微处理器，有不同的指令系统，因此，程序设计较为困难。
这些无疑具有一定的难度。
而且按照这种思路设计的实验系统，只能验证负载电流处于稳定状态时的检测效果，对于负载电流处于突然变化、负载电流处于缓慢变化等情况时的检测效果则无法检验[2,8]。
另外，在实验中，需要观察电源电压、负载电流、基波有功电流幅值、基波有功电流、谐波与无功电流之和等多个信号的波形，而按照上述思想设计的实验系统通过示波器在某一时刻只能看到少量的信号波形。
采用UA206 A/D数据采集卡通过PCI口与计算机相连，以电源电压和负载电流作为输入信号可以构成一种简单实用的APF谐波电流检测实验系统，该系统克服了上述实验系统存在的问题，为APF谐波电流检测方法提供了一种简单有效的实验验证方法。
2实验系统APF谐波电流检测实验系统如图1所示。
图1实验系统框图UA206 A/D数据采集卡通过PCI口与计算机相连，电源电压经过电压互感器，负载电流经过电流互感器作为UA206的输入信号。
电源电压和负载电流通过UA206的A/D转换器转换成数字量，该数字量被送入计算机，通过简单的程序设计可以方便验证所提出的谐波电流检测方法的正确性与检测性能。
2.1 UA206 A/D数据采集卡UA206 A/D卡是北京一公司开发的PCI总线数据采集产品，它通过PCI口与计算机相连。
该卡采用美国新型16位A/D转换芯片，电路设计及布线讲究，带有大容量的FIFO缓冲存储器，指标先进，性能稳定。
该卡的显著特点是：高速、高精度、带有较多的数字量I/O及计数功能。
主要功能和技术指标：A/D部分：分辨率：16位；精度：0.015%（满量程）；最高实用采样频率：500 KHz；模拟输入通道：16或者32单端，可选16差动；模拟量输入范围：±10 V；输入阻抗：大于100 MΩ；触发方式：定时器触发，软件触发；FIFO存储器：32 KB。
D/A部分：分辨率：12位；通道数：2路；模出范围：±5 V，±10 V可选；输出电流：10 mA。
数字量I/O：通道数：24路；可编程输入或输出；TTL电平兼容。
定时计数器：3通道可编程定时计数器；字长：16位；卡上时钟：4 MHz。
UA206 A/D卡具有良好的性能，因而由该卡组成的APF谐波电流检测实验系统稳定性好、可靠性高。
采用UA206 A/D卡，省去了实验硬件系统的电路板设计，生产和调试等过程。
2.2 程序设计UA206 A/D卡提供了丰富的编程支持，带有使用VC++6.0和VB 6.0编写的演示原程序，适用于Windows98/2000/Me/XP及DOS等操作系统。
连接好实验系统，接上电源电压和负载电流，按照使用说明安装好驱动程序。
编译、连接、运行演示原程序可以在显示器上看到输入的电源电压和负载电流的数值和曲线波形。
在演示原程序的基础上，根据谐波电流检测方案，可以比较容易地编写出谐波电流检测的实验程序。
此实验系统编程容易，原因在于使用通用的高级程序设计语言VC++ 6.0或VB 6.0编程，而且演示原程序已经提供了程序框架，因此，只要具有一定的高级语言程序设计基础，就能在演示原程序提供的程序框架的基础上适当修改并增加根据检测方案需要的程序就可得到所需的实验程序。
还有一个原因是UA206 A/D卡附有专用的动态连接库UA204.DLL，此动态连接库提供了许多简洁高效的采集和控制函数。
在编写程序时，可以方便地调用这些函数完成数据采集工作。
这些函数有：OpenUA206：打开UA206设备CloseUA206：关闭UA206设备ss204：单通道单点采集mm204：单或多通道多点一次性采集start-204：单或多通道多点采集初始化read-204：单或多通道多点采集读数据get-statu：读采集状态outb：I/O输出一字节inb：I/O读字节da-set：设置D/A值da-out：D/A输出命令其中，mm204为多点一次性采集函数，采集数据存储于数组，函数返回时采集终止，适用于一次性采集数据。
start-204、read-204为连续采集函数，适用于边采集边存盘或者边采集边处理的应用，在执行start-204初始化后，卡上采集开始并将数据存储于缓冲存储器，此后可以通过get-statu读状态函数获得采样缓冲区状态，用read-204函数多次读取数据，在读取数据间隔进行数据处理或存盘，只要保证在缓冲区未满时将数据读出，间隔读取的数据将是连续的。
使用此系统通过程序设计可以实时取数即时处理也可以连续采集一定的数据后再处理，而且在显示器上可以显示多个量的数值或曲线波形，可以方便地研究当负载电流处于稳定状态、缓慢变化、突变等各种情况时的检测效果。
3实验示例以文献[5]提出的谐波电流检测方法为例，使用此实验系统验证该方法的正确性和检测性能。
该方法以“当负载电流为周期电流时，负载电流与基波有功电流差的绝对值在一个周期内的积分值最小”为检测原理，采用三层前馈人工神经网络实现即：采用三层人工神经网络计算出某个采样时刻的基波有功电流幅值，则可计算出此采样时刻的基波有功电流，由此采样时刻的负载电流减去计算出的此采样时刻的基波有功电流就得到此采样时刻的谐波与无功电流之和。
在实验时，采样频率取5 KHz即一个周期内的采样个数N为100、输入层节点数n取100、隐层节点数m取10、输出层节点数为1、误差取0.001。
实验结果如图2~图4所示，图2为负载电流处于稳定状态时的实验结果、图3为负载电流突然增大时的实验结果、图4为负载电流突变为0 A时的实验结果。
其中，us为电源电压、iL为负载电流；A、i1p、ia分别为检测出的基波有功电流幅值、基波有功电流、谐波与无功电流之和。
实验结果表明：该方法稳定、可靠、电源频率变化等对其检测结果影响很小。