基于时域的谐波和无功检测技术的对比研究

李兰芳， 曾志武， 王映品， 谢运祥， 徐晓刚， 黄嘉健， 张晓宇

(1. 广东电网有限公司电力科学研究院， 广东 广州 510080； 2. 华南理工大学电力学院， 广东 广州 510640)

基于时域的谐波和无功检测技术的对比研究

李兰芳1， 曾志武2， 王映品2， 谢运祥2， 徐晓刚1， 黄嘉健1， 张晓宇2

(1. 广东电网有限公司电力科学研究院， 广东 广州 510080； 2. 华南理工大学电力学院， 广东 广州 510640)

谐波和无功检测技术在电能质量治理装置的应用中起着重要作用，检测结果的准确性、实时性和抗干扰性是保证装置的补偿工作性能的前提条件。本文介绍了现有6种时域的谐波和无功检测方法的工作原理，并根据电源电压和负载电流是否三相平衡及包含谐波和无功与否等不同情况设计了8种不同的工况。在这8种不同工况下，结合6种谐波和无功检测算法，并将其应用于三相三线制有源电力滤波器(APF)系统中，使用Matlab/Simulink软件分别对各种不同组合的工况进行仿真分析。根据仿真结果，对比分析了各种组合下的谐波和无功补偿指令信号、有功和无功功率及其功率因数。总结了所采用的APF系统在不同工况下各种检测算法的检测性能，分析了各种算法所适用的工况。实验验证了理论分析和仿真结果的正确性。本文的研究成果为电能质量治理及其控制算法的研究提供了理论参考，为电能质量治理装置的设计与研发提供了切实可行的依据。

电能质量； 检测方法； 三相平衡； 谐波和无功； 功率因数

1 引言

随着电力电子技术的快速发展，大量非线性电力电子设备不断接入电网中，导致电力系统电能质量问题日益严重。针对这一问题，目前采用的解决方法主要有动态电压恢复器(DVR)[1]、有源滤波器(APF)[2,3]、静止无功补偿发生器(SVG)[4]及统一电能质量调节器(UPQC)等[5-7]。上述装置的工作原理是对电网电压电流信号进行谐波和无功检测，并根据所检测的结果，产生并向电网注入相应的补偿信号，从而提高电网电能质量。因此，改善电网电能质量很大程度上取决于电能质量治理装置的谐波和无功检测[8,9]，检测结果决定了装置是否能实时准确产生补偿信号，改善电网电能质量。

目前，国内外对谐波和无功检测算法做了大量研究，检测算法主要分为时域法和频域法两种[10]。时域法中，常见的有基于瞬时无功功率理论的p-q法[11,12]和ip-iq法[8]、有功分离法(FBD)[13]、延时信号消除法(DSC)[14,15]、单位功率因数法(UPF)[16,17]、理想谐波消除法(PHC)[16,17]、CPT法[18]、DFT法[19]、基于p-q-r理论的检测方法[20,21]等。

频域法主要有傅里叶分析法[22]、小波变换法[23]、Shepherd和Zakikham(S-Z)频域法[24]、Czarnecki频域法(C法)[25,26]等。

本文介绍了6种时域中常用的谐波和无功检测方法的工作原理，设计了8种不同工况，将它们进行组合并应用于三相三线制APF系统中，采用Matlab/Simulink软件进行仿真分析。通过仿真结果，分析6种算法的检测性能，并进行了实验，验证了理论分析和仿真结果的正确性。本文可为电能质量治理装置的研发及其控制算法的设计提供理论和实际参考依据。

2 几种检测算法的原理

2.1并联型APF的工作原理

有源电力滤波器[27]是解决电网中电能质量问题的重要设备。三相三线制并联型APF的工作原理(如图1所示)如下：采集电网中的电压电流信号，经过对采集到的信号进行检测计算，向电网输入所需要的电流iC，以抵消负载侧所产生的谐波和无功电流iCref(iCref=iL-iSref)。

图1 三相三线制APF的原理框图Fig.1 Principle chart of three-phase three-wire APF

2.2p-q瞬时无功检测法

三相电路瞬时无功功率理论的原理是将三相电压ua、ub、uc与电流ia、ib、ic经过αβ和pq坐标变换后，计算出瞬时有功功率p和无功功率q[17]，经过低通滤波器提取其直流分量，再经过坐标反变换后计算得出补偿指令信号。基于瞬时无功功率理论的p-q检测方法如图2所示。

图2 p-q检测法原理图Fig.2 Schematic diagram of p-q detection method

2.3ip-iq检测法

ip-iq检测法在p-q检测法基础上进行改进，所不同的是需由一个锁相环(PLL)和一个正余弦信号发生电路产生与电网电压ua同频同相的信号sinωt和cosωt[17]，而且要由定义计算出瞬时有功和无功电流ip、iq,其原理图如图3所示。

图3 ip-iq检测算法原理图Fig.3 Schematic diagram of ip-iq detection method

2.4有功分离法(FBD)

FBD法[10]由Fryze提出，经Buchholz和Dpenbrock完善。FBD检测法的原理是通过等效电导的概念来分离电流，然后对各个电流分量进行运算。系统参考电压矢量为u=(u1，u2，…,un)，电流参考矢量为i=(i1，i2，…,in)，计算等效有功电导的公式为[10]：

(1)

式中，p∑(t)为瞬时功率;‖u‖为瞬时电压。

取其直流分量Gp，记为等效线性电导。易证，i与ip所消耗的瞬时功率相同。从而可得线性功率电流：ip1=Gpu。同理可计算出无功功率电流：iq1=Gquq。

至此可得出系统谐波电流分量为：

ih=i-ip1-iq1

(2)

FBD电流检测方法原理框图如图4所示。

图4 FBD检测法原理框图Fig.4 Schematic diagram of FBD detection method

2.5延时信号消除法(DSC)

延时信号消除法[14]广泛应用于电网电压正负序分量的提取，其原理图如5所示。

图5 DSC结构框图Fig.5 Structure diagram of DSC

在αβ两相静止坐标系下，可由式(3)和式(4)计算电压的正序和负序分量：

(3)

(4)

式中，T为电网电压的周期。

DSC法将畸变三相系统中经过αβ坐标变换的电网电压延时1/4周期，则vαβ中的谐波也同样被延时，将其与式(3)相加，则vαβ中相应的谐波将会被抵消。

2.6单位功率因数法(UPF)[28]

此检测方法用于控制有源电力滤波器时，需将负载和APF视为电阻，此时电源电流和电压同相[16,17]：iSref=Ku。

此时，网侧电源输出功率为：

(5)

且负载侧瞬时有功功率的直流分量与pS相等，因此，K计算公式如下：

(6)

从而可计算参考电流为：

(7)

2.7理想谐波消除法(PHC)

此时，网侧电源输出功率为：

(8)

推导过程与UPF法相似，得到如下参考电流：

(9)

3 几种检测算法的仿真分析

为了分析比较各种检测算法的性能，根据网侧电压是否畸变或不平衡及不同负载的情况，设计8种不同的工况，并应用于三相三线制APF系统的检测环节，观察分析各种工况下分别采用6种算法时的电源电压、负载和谐波补偿指令及所提取的基波电流，并对比其有功和无功功率及功率因数。本节中仿真波形从上到下依次为电网电压uabc、负载电流iL和检测得到的基波电流if、指令电流ih、有功P、无功Q、功率因数PF。

3.1工况1：电压平衡无谐波，电流平衡有谐波

工况1的电源电压三相平衡且不含谐波[16]；负载是三相对称不控整流，含有大量高次谐波。采用第2节的6种时域检测算法进行仿真，结果如图6和表1所示。

图6 工况1的仿真结果Fig.6 Results of case 1

iLp-qip-iqFBDDSCUPFPHCTHD(%)30.760.270.270.270.090.20.48If/A56.8456.9356.9356.9456.8756.9357.82

注：THD为总谐波含量，If为基波电流幅值。

结果表明，p-q法、ip-iq法和FBD法响应速度较快，检测出的有功、无功及功率因数都较理想，DSC法检测的谐波含量最小；UPF法和PHC法的检测存在大量无功分量，致使仿真初始阶段功率因数偏低；而PHC法检测的有功功率超调较大。

3.2工况2：电压平衡无谐波，电流不平衡无谐波

工况2电源电压三相平衡且无谐波，负载为三相不对称线性负载。仿真结果如图7和表2所示。

图7 工况2的仿真结果Fig.7 Results of case 2

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)00.180.180.180.150.890.44Hb(%)00.410.410.410.180.950.82Hc(%)00.390.390.390.120.840.78fa/A21.3516.816.816.816.9816.8917.07fb/A17.6616.9116.9216.9216.9716.9617.18fc/A12.9617.2817.2817.2816.9617.1317.52

注：Ha、Hb、Hc为a/b/c相总谐波含量，fa、fb、fc为a/b/c相基波幅值。

结果表明，检测结果与工况1相似，说明电网电压理想的情况下，负载电流平衡与否对检测结果影响不大。

工况3电源电压三相平衡且无谐波，负载为两相整流非线性负载与一相线性负载[16]。仿真结果如图8和表3所示。

图8 工况3的仿真结果Fig.8 Results of case 3

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)25.514.834.834.830.2411.834.83Hb(%)43.614.664.664.660.1812.234.66Hc(%)21.614.494.494.490.2211.754.49fa/A17.8821.3621.3621.3621.1321.2521.36fb/A24.420.9920.9920.9921.4521.0620.99fc/A28.1421.0421.0421.0421.1321.0921.04

结果表明，在这种工况下，只有DSC法的检测结果最理想，能有效消除电网电流的谐波，能够满足检测的要求(THD<5%)，但存在一定的功率波动。

3.4工况4：电压与电流不平衡无谐波

工况4电源电压三相不平衡但无谐波(三相电源电压各相幅值分别为394.7V、324.8V、234.9V)，负载为对称线性负载。采用6种时域检测算法进行仿真，结果如图9和表4所示。

图9 工况4的仿真结果Fig.9 Results of case 4

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)033.490.110.870.731.740.02Hb(%)033.330.070.740.701.740.01Hc(%)032.580.090.620.781.690.01fa/A39.4733.7130.7430.1931.338.9330.74fb/A32.4833.8730.9130.1630.932.0330.91fc/A23.4934.6531.6832.2731.1223.8431.68

结果表明，在电源电压三相不平衡时，p-q法电流基波畸变严重且含有大量三次谐波，在这种工况下不适用。DSC法、ip-iq法、FBD法和PHC法检测信号的相位较为接近理想基波的相位，检测信号的谐波含量较小，其和UPF法的基波功率因数都与1接近。

3.5工况5：电压不平衡无谐波，电流不平衡有谐波

工况5电源电压三相不平衡且无谐波(三相电源电压各相幅值分别为394.7V、324.8V、234.9V)，负载为三相平衡非线性负载。仿真结果如图10和表5所示。

图10 工况5的仿真结果Fig.10 Results of case 5

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)18.733.260.170.970.291.750.18Hb(%)29.8133.830.510.680.261.820.49Hc(%)51.4732.550.570.980.231.630.51fa/A70.7761.8956.3455.2757.1971.256.34fb/A62.8161.5556.2554.7456.4758.4756.25fc/A40.6163.3657.9258.8656.8343.5957.92

结果表明，在电源电压三相不平衡且负载为非线性的情况下，各种检测算法的检测结果与工况4的结果相似，说明在电源电压不平衡且无谐波的工况下，负载包含谐波与否对检测结果的影响不大。

3.6工况6：电压平衡有谐波，电流平衡有谐波

不夸张地说，技术上而言，钟表行业早在十年前就可以做到“C2B”，即按照客户的需要来决定工厂的开工状态——哪些热销款式要多生产一些，哪些冷门款直接停机，下线处理。

工况6电源电压三相平衡但包含3次负序谐波(三相电源电压各相包含3次负序谐波含量均为30%)，负载为三相平衡线性负载。仿真结果如图11和表6所示。

图11 工况6的仿真结果Fig.11 Results of case 6

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)3031.890.470.310.1429.620.47Hb(%)3031.890.470.310.1429.620.47Hc(%)3031.890.470.310.1429.620.47fa/A31.1133.9531.1131.131.1131.0731.11fb/A31.1133.9531.1131.131.1131.0731.11fc/A31.1133.9531.1131.131.1131.0731.11

结果表明，p-q法谐波含大量5次谐波，且检测结果的谐波含量过大，在这种工况下不适用。UPF法检测的基波电流信号功率因数为1，但有功波动最大，且谐波含量过大。DSC法、ip-iq法和PHC法检测信号的相位较为接近理想基波的相位，检测信号的谐波含量较小。

3.7工况7：电压平衡有谐波，电流不平衡有谐波

工况7电源电压三相平衡但有3次负序谐波(三相电源电压各相包含3次负序谐波含量均为30%)，负载是三相不平衡的线性负载。仿真结果如图12和表7所示。

图12 工况7的仿真结果Fig.12 Results of case 7

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)3032.251.01.10.1429.891.0Hb(%)3032.080.650.850.1429.310.65Hc(%)3031.390.350.450.1429.660.35fa/A21.3518.3316.7816.7716.9716.9516.78fb/A17.6618.4116.8616.8616.9716.8616.86fc/A12.9618.8217.2717.2616.9717.0317.27

结果表明，在电源电压包含谐波且负载为非线性的情况下，各种检测算法的检测结果与工况6的结果相似。在电源电压包含谐波的情况下，负载平衡与否对谐波检测结果的影响不大。

3.8工况8：电压与电流不平衡有谐波

工况8电源电压三相不平衡且有3次负序谐波(三相电源电压各相谐波含量分别为23.65%、28.74%、39.72%；各相幅值分别为394.7V、324.8V、234.9V)，负载为三相平衡线性负载。仿真结果如图13和表8所示。

图13 工况8的仿真结果Fig.13 Results of case 8

ILp-qip-iqFBDDSCUPFPHCHa(%)23.6559.310.474.481.5824.360.47Hb(%)28.7459.550.473.711.4227.950.47Hc(%)39.7258.520.461.870.8639.20.46fa/A39.4736.6330.7430.1431.2939.2130.75fb/A32.4836.6630.9130.1730.932.0130.91fc/A23.4937.3431.6832.2531.1223.7531.68

仿真结果与前两种工况相似，ip-iq法、FBD法和PHC法的结果相近，DSC法的结果最理想，但都存在功率波动大的问题。

4 仿真结果分析

从第3节的仿真结果中可以得到以下结论：

(1)当电网电压为理想状态时，6种检测算法的检测结果都较理想，且检测速度快，不超过一个周期，鲁棒性和抗干扰性能很强。但当负载严重畸变和不平衡时，只有DSC法能有效检测出电网侧电流的谐波，能够满足检测的要求(THD<5%)。

(2)当电网电压不平衡但无谐波时，ip-iq法、FBD法、DSC法和PHC法的检测信号相位接近理想基波的相位，且谐波含量较小，而UPF法检测出的基波电流信号三相不平衡度和有功波动都较大，补偿参考电流不理想。

(3)当电网电压包含谐波或不平衡的情况下，ip-iq法、FBD法和PHC法的检测结果比较理想，其相位接近理想基波的相位，谐波含量小，但存在功率波动的情况。而p-q法和UPF法的检测结果不满足THD<5%的要求。

(4)因检测结果包含大量谐波分量，p-q法不适用于电网电压为非理想正弦波的情况。

以上结果分析能为在不同工况下谐波和无功电流检测方法的选取提供理论参考，为电能质量治理及其控制算法的研究提供了技术支持，为电能质量治理装置的设计与研发提供了切实可行的依据。

5 实验结果

仿真分析是在电网中接入三相三线制并联型APF的情况下进行的。在工况3中，负载不理想情况最严重，只有DSC法能检测出负载中所有的谐波分量。为了验证这一仿真结果，搭建了一台33kW的三相三线制并联型APF进行实验，采用工况3的电网电压和负载[29]。实验参数如下：电源相电压ug=220V，频率f=50Hz，开关频率fs=9.6kHz，负载为三相不可控整流桥带阻性(R=15Ω)负载，在B相并联电阻Rpb=20Ω，C相并联电阻Rpc=30Ω。采用DSC检测算法进行检测。实验结果如图14和图15所示。图14中三个通道自上至下分别为三相负载电流iLa、iLb、iLc，图15中三个通道自上至下分别为采用DSC算法检测出的三相指令电流ifa、ifb、ifc。

由实验波形可知，检测出的三相电源电流平衡且无谐波，有很强的鲁棒性和抗干扰性，所得实验结果与仿真结果相符。

图14 负载电流波形Fig.14 Load current waveforms

图15 检测得到的指令电流波形Fig.15 Detection of reference current waveforms

6 结论

本文对比研究了6种基于时域的谐波和无功检测算法的性能，并分别在三相三线制APF中得以实现。结果表明，p-q法只适用于电网电压为理想正弦波的情况；UPF法的检测结果不包含无功分量，但不适用于电网电压存在谐波的工况；ip-iq法、FBD法和PHC法适用于本文8种工况，但随着电网电压和负载的变化，所含有的谐波分量和无功分量波动较大，鲁棒性和抗干扰性不强；DSC法检测结果很理想，对工况的依赖性不高，能满足任何工况下对谐波和无功的检测。仿真和实验结果验证了理论分析和仿真的正确性。

[ 1] 陈国栋，张亮，蔡旭(Chen Guodong, Zhang Liang, Cai Xu). 基于基波与谐波正负序提取方法的动态电压恢复器补偿策略(Compensation strategy based on positive and negative sequence extraction for dynamic voltage restorer) [J]. 电力自动化设备(Electric Power Automation Equipment), 2012, 32(11): 87-91.

[ 2] 李战鹰，任震，杨泽明(Li Zhanying, Ren Zhen, Yang Zeming). 有源滤波装置及其应用研究综述(Survey on active power filter devices and their application study)[J]. 电网技术(Power System Technology), 2004, 28(22): 40-43.

[ 3] Kanjiya P, Khadkikar V, Zeineldin H H. Optimal control of shunt active power filter to meet IEEE Std. 519 current harmonic constraints under nonideal supply condition[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015, 62(2): 724-734.

[ 4] 刘骥，徐在德，高岩涛, 等(Liu Ji, Xu Zaide, Gao Yantao, et al.). 单电流检测配网静止同步补偿器的改进控制策略(Improved compensation scheme of DSTATCOM based on single current control)[J]. 电力自动化设备(Electric Power Automation Equipment), 2013, 33(4): 60-64.

[ 5] 李伟(Li Wei). 基于单相系统的UPQC 控制技术研究(Research on control technology of UPQC based on single-phase power supply system)[D]. 北京：华北电力大学(Beijing: North China Electric Power University), 2013.

[ 6] 周海亮，万健如，李树超，等(Zhou Hailiang, Wan Jianru, Li Shuchao, et al.). 电压畸变和不平衡状态下无锁相环UPQC 补偿量检测方法(Compensation detection for UPQC without PLL under voltage distortion and unbalance) [J]. 电力自动化设备(Electric Power Automation Equipment), 2012, 32(5): 50-56.

[ 7] 任磊，姜齐荣，魏应冬，等(Ren Lei, Jiang Qirong, Wei Yingdong, et al.). 一种基于晶闸管和超级电容储能的统一电能质量调节器(An UPQC based on thyristor and ultra capacitor)[J]. 大功率变流技术(High Power Converter Technology), 2015, (4): 35-38.

[ 8] 周柯，罗安，夏向阳，等(Zhou Ke, Luo An, Xia Xiangyang, et al.). 一种改进的ip-iq谐波检测方法及数字低通滤波器的优化设计(An improvedip-iqharmonic current detecting method and digital low-pass filter’s optimized design)[J]. 中国电机工程学报(Proceedings of the CSEE), 2007, 27(34): 96-101.

[ 9] 李晶晶, 赵争鸣, 葛俊杰(Li Jingjing, Zhao Zhengming, Ge Junjie). 有源电力滤波器两种电流检测方式研究(Comparison between source current and load current detection type for active power filters)[J]. 电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy), 2014, 33(2):52-56.

[10] 王睿宣(Wang Ruixuan). 光伏并网及其电能质量统一控制系统研究(Research on unified control system of grid-connected generation and its power quality)[D]. 镇江：江苏大学(Zhenjiang: Jiangsu University), 2015.

[11] Herrera R S, Salmerón P, Kim H. Instantaneous reactive power theory applied to active power filter compensation: Different approaches, assessment, and experimental results[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008, 55(1): 184-196.

[12] Czarnecki L S. Instantaneous reactive power p-q theory and power properties of three-phase systems[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, 21(1): 362-367.

[13] 司为国，丁祖军，李明(Si Weiguo, Ding Zujun, Li Ming). 基于改进FBD 法的谐波电流检测研究(The improved FBD method in harmonic current detection)[J]. 电力系统保护与控制(Power System Protection and Control), 2009, 37(15): 83-86.

[14] Alfonso-Gil J C, Vague-Cardona J J, Orts-Grau S, et al. Enhanced grid fundamental positive-sequence digital synchronization structure[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2013, 28(1): 226-234.

[15] Wang Y F, Li Y W. A grid fundamental and harmonic component detection method for single-phase systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2013, 28(5): 2204-2213.

[16] Rafiei S M R, Toliyat H A, Ghazi R, et al. An optimal and flexible control strategy for active filtering and power factor correction under non-sinusoidal line voltages[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2001, 16(2): 297-305.

[17] Montero M I M, Cadaval E R, Gonzalez F B. Comparison of control strategies for shunt active power filters in three-phase four-wire systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2007, 22(1): 229-236.

[18] Tenti P, Paredes H K M, Mattavelli P. Conservative power theory: A framework to approach control and accountability issues in smart microgrids[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2011, 26(3): 664-673.

[19] 李红雨, 卓放, 雷万钧,等(Li Hongyu, Zhuo Fang, Lei Wanjun, et al.). 一种新型基于时域的谐波电流检测算法的研究(A novel harmonics and reactive power detection method based on time domain for shunt active power filter)[J]. 电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy), 2004, 23(3): 23-26.

[20] 陈娟，郑建勇，丁祖军，等(Chen Juan, Zheng Jianyong, Ding Zujun, et al.). p-q-r 法与FBD 法在三相四线制系统谐波电流检测中的对比(Comparison of harmonic detection in three-phase four-wire system between p-q-r method and FBD method)[J]. 电力自动化设备(Electric Power Automation Equipment), 2007, 27(11): 30-33.

[21] 谭智力，李勋，陈坚(Tan Zhili, Li Xun, Chen Jian). 基于p-q-r 理论的UPQC 直接控制策略(Direct control strategy of UPQC based on p-q-r theory)[J]. 电力自动化设备(Electric Power Automation Equipment), 2006, 26(11): 12-17.

[22] Girgis A A, Chang W B, Makram E B. A digital recursive measurement scheme for on-line tracking of power system harmonics[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 1991, 6(3): 1153-1160.

[23] Lee I W C, Dash P K. S-transform-based intelligent system for classification of power quality disturbance signals[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2003, 50(4): 800-805.

[24] Shepherd W Z P. Suggested definition of reactive power for nonsinusoidal systems[J]. Proceedings of IEE, 1972, 119 (9): 1361-1362.

[25] Czarnecki L S. Currents’ Physical Components (CPC) in systems with semi-periodic voltages and currents[A]. International School on Nonsinusoidal currents and Compensation[C]. 2015. 1-7.

[26] 王茂海，刘会金，周伟涛(Wang Maohai, Liu Huijin, Zhou Weitao). 瞬时功率理论的广义变压器模型及其与传统功率理论的统一数学描述(Broad-sense transformer model of instantaneous power theory and its uniform mathematical description with conventional power theory)[J]. 电工技术学报(Transactions of China Electrotechnical Society), 2001, 16(6): 55-58.

[27] 汪玉凤, 周宏胭, 刘存国,等(Wang Yufeng, Zhou Hongyan, Liu Cunguo, et al.). 基于有限控制集模型预测控制的SAPF的研究(Research on SAPF based on finite control set model predictive control)[J]. 电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy), 2015, 34(2): 50-54.

[28] 韦炜, 赵晓瑛, 邵军, 等(Wei Wei, Zhao Xiaoying, Shao Jun, et al.). 三种谐波电流检测方法的比较研究(Comparison study of three harmonic current detecting methods)[J]. 中国测试技术(China Measurement & Testing Technology), 2008, 34(4): 26-29.

[29] 胡楷, 潘孟春, 于晶荣(Hu Kai, Pan Mengchun, Yu Jingrong). 100kVA三相四线有源电力滤波器的研制(Development of a 100kVA three-phase four-leg shunt active power filter)[J]. 电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy), 2010, 29(1):30-34.

Comparativestudyofharmonicandreactivepowerdetectionsbasedontimedomain

LI Lan-fang1, ZENG Zhi-wu2, WANG Ying-pin2, XIE Yun-xiang2, XU Xiao-gang1, HUANG Jia-jian1, ZHANG Xiao-yu2

(1. Electric Power Research Institute, Guangdong Power Grid Co. Ltd., Guangzhou 510080, China; 2. School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Harmonic and reactive power detection technique plays an important role in the applications of power quality control devices. The accuracy, real-time performance and anti-interference of the detection results are the preconditions to ensure the compensation performance of the device. This paper introduces the working principle of 6 kinds of harmonic and reactive power detection methods, and 8 different working conditions are designed according to whether the power supply voltage and load current are balanced or not, including harmonic and reactive power or not. Under these 8 different conditions, combining 6 kinds of harmonic and reactive power detection algorithm, Matlab/Simulink software was used to simulate under the working conditions of different combinations applying to three-phase three wire active power filter (APF) system. According to the simulation results, the harmonic and reactive power compensation signals, reactive power and power factor are analyzed and compared. The detection performance of various detection algorithms under different working conditions is summarized, and the working conditions suited with various algorithms are analyzed. The experimental results verify the correctness of the theoretical analysis and simulation results. The research results of this paper provide a theoretical reference for the research of power quality control and control algorithm, and provide a practical basis for the design and development of power quality control devices.

power quality; detection method; three-phase balance; harmonic and reactive power; power factor

2017-01-19

国家自然科学基金项目(61104181)、 中国南方电网有限责任公司科技项目(GDKJXM00000015)

李兰芳(1981-), 女, 广东籍, 高级工程师， 博士, 研究方向为电能质量及其控制技术；

曾志武(1993-), 男, 江西籍, 硕士研究生, 研究方向为电力电子技术、 电能质量治理。

10.12067/ATEEE1701071

1003-3076(2017)11-0079-10

TM714.3