0 引言 
　　近年来，大量的非线性负载在电网中出现，向电力系统中注入了大量的谐波电流，使得电网运行条件恶化，为了电网和电气设备的安全运行与正常使用，必须对电网中的谐波及无功进行治理。电力有源滤波器作为一种能够动态治理电网谐波设备，越来越受到人们的关注。 
　　谐波检测方法是整个有源滤波技术的非常重要的一个部分，能否精确、快速的检测出需要补偿的分量将直接影响到补偿效果,决定了整个滤波装置的性能。传统的基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测方法需要采用低通滤波器对交流分量进行滤除，而低通滤波器存在固有延时，对实时性有一定的影响，本文基于直流分量法，对积分延时做了相关改进。为了验证此改进检测算法的有效性，搭建电力有源滤波器整体系统的Matlab/Simulink仿真模型，控制环节采用三电平矢量控制。通过仿真验证了此检测算法在提高电力有源滤波器快速补偿的有效性。 
　　1基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法 
　　1.1传统的ip-iq谐波检测算法 
　　传统ip-iq检测算法的原理图[1-4]如图1所示，它通过检测A相电压和三相电流，将三相电流进行3/2变换得到iα、iβ，对检测到的A相电压进行锁相，得到与A相电压同相位的正弦和余弦信号，通过Cpq变换从而得到三相瞬时有功和无功电流ip、iq，经过低通滤波器得到直流分量、，再经过反变换得到基波分量iaf、ibf、icf，将原电流减去此基波分量就得到谐波分量。 
　　 
　　 
　　图1 ip-iq法检测原理框图 
　　与p-q法相比消除了电压畸变对检测结果的影响，与dq法相比，只需检测一相电压，在三相对称的情况下，此检测算法具有良好的检测性能得到了较广泛的使用。但是，基于瞬时功率理论的谐波检测法都需要用到低通滤波器，常用的数字低通滤波器有切比雪夫滤波器、巴特沃斯滤波器等，但这些数字滤波器会对直流分量造成衰减，延时也较大，对有源滤波器实时补偿的性能有较大影响。 
　　1.2改进的直流分量法 
　　采用直流分量法进行滤波，利用一个积分延时模块来获得直流分量，并通过分析负载谐波特点，找出最小延时。 
　　对三相电流的变换过程进行分析[5-7]，在三相电流对称情况下，设三相正序电流为： 
　　 
　　 
　　 
　　式中：In为n次谐波电流幅值；θan、θbn、θcn分别为a、b、c三相n次谐波初始相位。 
　　由原理图可知： 
　　 
　　(1) 
　　其中： 
　　 
　　将Cpq、C3/2代入式（1），求得ip、iq的表达式: 
　　 
　　 
　　对ip、iq进行分析可得： 
　　当n=1时，可得基波有功和无功电流分量： 
　　 
　　 
　　初始相位为定值，所以ip、iq为恒值，表现为直流。 
　　当n=3k(k=1,2,3…)时，则： 
　　 
　　 
　　当n=3k+1(k=1,2,3…)时，则： 
　　 
　　 
　　当n=3k+2(k=1,2,3…)时，则： 
　　 
　　 
　　由此可以看出，有功分量和无功分量均是由一个直流分量和最小频率为基波频率的三倍交流分量构成，低通滤波器的作用就是滤去交流分量，得到直流分量。我们知道，交流分量在其一个周期内的积分为零，而直流分量则是累加，设基波周期为，有功分量和无功分量在交流分量的周期T/3内做积分，则可以得到直流分量在这段时间内的积分值，此值除以周期T/3便可得到直流分量。其原理如图所示： 
　　 
　　 
　　图2 直流分量法原理图 
　　直流分量法与低通滤波器的作用相同，最多经过T/3的延迟便可得到直流分量，此方法可以用来检测电力系统中无功和谐波，较采用低通滤波器延迟小，且容易在数字信号处理器中实现。 
　　通过分析可以发现，针对不同的负载，其产生的谐波也不相同，直流分量法的积分周期取决于最低次谐波的频率，最低次谐波的频率越高，则积分周期就可以越小，延迟就越小。 
　　可以发现在补偿谐波特点已知的负载时，如对于n脉波整流系统，其变换后的有功和无功分量所含交流部分最低频率变为n倍的基波频率，相应的积分周期可以设为T/n ；例如对于轨道交通所采用12脉波或24脉波整流系统，其所含谐波为12k±1或24k±1次谐波，则积分周期可以设为T/12或T/24。 
　　本文拟采用三相不控整流电路作为负载，其为六脉波整流系统，其主要含12k±1次谐波，低次谐波为5、7次，由推论可知，5、7次谐波电流经过变换之后均变成频率为300Hz，其周期为T/6，那么积分周期就可以设为T/6，对比传统的直流分量法，减小了延迟，动态响应进一步提高。 
　　2 仿真分析 
　　2.1不同谐波检测方法的延时比较 
　　为了验证直流分量法及其改进的正确性和有效性，首先利用Matlab/Simulink进行了谐波检测算法的仿真比较分析。采用二阶巴特沃斯低通滤波器、传统直流分量法、改进后的直流分量法进行对比，低通滤波器截止频率设为30Hz，负载为三相不控整流桥接10Ω电阻。A相电流畸变率为25.61%，基波有效值为33.59A，以检测到的A相基波电流为例，对各个检测方法得到基波电流的响应时间、有效值、畸变率进行比较，结果如下表格1所示：