三相四线制APF电流检测方法的研究

常国祥，马素琦

(黑龙江科技大学 电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)

0 引言

目前大部分的APF都是用于三相三线制电路中，而我国380 V的电压采用的是三相四线制系统，负荷大多也是三相四线制即包含了一条中线［1］。我国因中线引发的事故时常发生，因此迫使人们加强对三相四线有源电力滤波器的研究［2］。

在四线制的APF中，较大的中性电流会造成系统的不稳定，影响电能的质量，所以要求把中性电流给补偿掉。然而电流的检测和跟踪控制环节直接影响了滤波器的性能，所以对该有源电力滤波器检测方法的研究具有重要意义［3-5］。

1 3种检测方法

1.1 瞬时无功功率理论

四线制有源滤波器与三线制的有所不同，四线制是在三线制的基础上增加了一条中性线［6］。所以APF不仅要检测并消除谐波与无功电流，而且还要消除中线电流。其电流检测算法将原来的abc坐标系转化到αβ坐标系变为转化到αβο坐标系，同时也增加了对零序电流iο的运算。

三线制APF的瞬时电压、电流值分别为eaebec和iaibic，将它们转换到α-β坐标系中可得:

四线制的三相电压电流的瞬时值分别为eaebec和iaibic，中性电流 in，将它们转化到 αβο 坐标系。其中 eαeβeο和 iαiβiο分别αβО轴的瞬时电压和瞬时电。其中:

1.2 p-q-o法的运算(见图1)

图1 p-q-o检测原理图

由式(3)和(4)可以得到αβο轴的瞬时电压和瞬时电流，经过功率计算得到有功功率p无功功率q和零序功率po，经过低通滤波器分别得到基波正序功率，经过 αβ 电流参考值得到 icαicβ。再经过变换得到基波电流，用负载瞬时电流减去基波电流即可得到基波电流。其中

1.3 ip-iq法(见图2)

图2 ip-iq原理图

与p-q-o法相比，电压只有ea参与计算，ea通过锁相环电路PLL和信号发生器得到与电压ea同相位的正弦和余弦信号。由(4)得到ipiqiο，通过低通滤波器得到基波分量，经过反变换得到基波分量iafibficf。用电流减去基波便得到谐波电流。其中

1.4 基于瞬时功率的d-q-o法(见图3)

图3 d-q-o法原理图

d-q-o法是将电流从静止的abc坐标系按照角速度w(电流基波的角频率)顺时针转形成d-q-o坐标系。负载电流经d-q-o坐标系旋转变成idiq，经过低通滤波器得到d和q轴上的基波正序电流的直流分量经过 Cdqo-abc变换得到 ifaifbifc，用iaibic减去ifaifbifc得到的就是谐波电流ihaihbihc。

2 MATLAB仿真

2.1 建立仿真模型(见图4～图6)

图4 p-q-o检测原理图

图5 ip-iq检测原理图

图6 d-q-o检测原理图

2.2 仿真结果及分析

2.2.1 p-q-o法的波形(见图7 ～ 图10)

图7 对称且无畸变的三相电压波形图

图8 对称畸变的三相电压波形图

由图10可知，当电压发生畸变是p-q-o法无法准确的检测出负载电流中基波指令电流。因为p-q-o法三相电压与电流都参与计算，当电压发生畸变与不对称时其负载电流无法准确的检测，所以其只能用于对称无畸变的APF中。

图9 不对称无畸变的三相电压波形图

图10 对称畸变时A相负载的波形图

2.2.2 ip-iq 法波形图(见图11、图12)

当电压不对称、有畸变时和电压源对称且无畸变时负载基波的波形图类似。

由图11可知，当电压对称时无论其是否发生畸变ip-iq法都可以准确检测出负载基波电流。由图9可知，当电压不对称时基波波形有延迟，即无法准确的检测出负载谐波指令电流。所以ip-iq法可以用与对称的APF中。

图11 对称有畸变与无畸变时A相波形图

图12 对称无畸变电流i1与不对称无畸变电流i2相波形图

2.2.3 d-q-o 法波形图(见图13、图14)

由图13可知，当电源无畸变时无论是否畸变都可以准确的检测出负载谐波的波形图，由图14可知，当电源对称有畸变时与对称无畸变时相比负载波形图稍有差异，但是与前两种方法相比其精确度最高。

图13 无畸变对称与不对称时负载波形图

图14 电压对称有畸变电流i1与无畸变电流i2的波形图

3 结束语

本文针对三相四线制APF电流检测的三种方法进行理论和仿真结果的对比分析得出，p-q-o法由于有三相电压参与运算，所以其只能用在三相电压对称且无畸变的APF中。而ip-iq法所需要正余弦的相位与A相电压的相位相同。在其不对称时其产生相应的相位也不同，所以其只能应用于对称的APF中。无论电压是否对称还是发生畸变的APF虽然都有误差的出现，但三种检测方法中d-q-o法的检测精度最高，在实际应用中电压不可能完全对称且没有畸变，所以对三相四线制APF的d-q-o法的研究是具有实际意义的。

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

［2］刘志元.三相四线制并联型有源电力滤波器的研究与设计［D］.沈阳:东北大学，2011.

［3］李伟彬，有源电力滤波器在无功补偿与谐波抑制中的研究［D］.武汉:武汉理工大学，2009.

［4］孙驰，魏光辉，毕增军.基于同步坐标变换的三相不对称系统的无功与谐波电流的检测［J］.中国机电工程学报，2003，12(23):42-48.

［5］王兆安，杨君.谐波抑制和无功功率补偿［M］.北京:机械工业出版社，2004.

［6］杨晓利，三相四线多重化有源电力滤波器控制的研究［D］.北京:北京交通大学，2012.