2024年5月27日发(作者：冯以柳)

图1是并联型有源滤波器的系统框图，其基本原理是：通过检测环节计算出负载的谐

波和无功电流，然后控制逆变电路输出，向电网注入与负载的无功和谐波电流大小相等、

方向相反的补偿电流，从而使电网电流中只含有基波有功分量。这样，该装置既可以实现

对谐波的滤波作用，又可以提供电力系统所需的无功电流，便可大大提高电能利用率，提

高经济效益。

图1 并联型有源滤波器的系统框图 本文提出一种新的谐波和无功电流检测算法，图2

为负载谐波和无功电流的检测原理图,图中虚线框内为直流侧电压控制部分。如图2所示，

首先检测出实际负载电流和电网电压，对这6个量进行计算即可得到所需的三相负载谐波

和无功电流。

图2 谐波和无功电流检测算法原理图 为简单起见，假定电网电压三相对称、无畸变，

则

u

A=

U

Msin

ωt

u

B=

U

Msin(

ωt

－2π/3)（1）

u

C=

U

Msin(

ωt

＋2π/3) 负载电流

i

A，

i

B，

i

C可以表示为基波与谐波之和，即

i

A=

i

A1＋

i

A

k

i

B=

i

B1＋

i

B

k

（2）

i

C=

i

C1＋

i

C

k

考

虑到负载不对称，将电流分为正序、负序、零序，则基波电流为

i

A1=

i

1＋sin(

ωt

－

φ

)＋

i

1

－sin(

ωt

＋

θ

1－)＋

i

10

i

B1=

i

1＋sin(

ωt

－

φ

－2π/3)＋

i

1－sin(

ωt

＋

θ

1－＋2π/3)＋

i

10

i

C1=

i

1＋sin(

ωt

－

φ

＋2π/3)＋

i

1－sin(

ωt

＋

θ

1－－2π/3)＋

i

10（3） 式中：

i

1+，

i

1-，

i

10为基波正序、负序、零序分量的幅值；

φ

为功率因数角；

θ

1－为基波负序的初始相

位。 谐波电流也分为正序、负序、零序，

k

次谐波电流可表示为

i

A

k

=

ik

＋sin(

kωt

＋

θk

＋)＋

i

k－sin(

kωt

＋

θk

－)＋

ik

0

i

B

k

=

ik

＋sin(

kωt

＋

θk

＋－2π/3)＋

ik

－sin(

kωt

＋

θk

－＋

2π/3)＋

ik

0

i

C

k

=

ik

＋sin(

kωt

＋

θk

＋＋2π/3)＋

ik

－sin(

kωt

＋

θk

－－2π/3)＋

ik

0（4） 式

中：

ik

＋，

ik

－，

ik

0为

k

次谐波正序、负序、零序分量的幅值；

θk

＋及

θk

－为谐波正序、

负序的初始相位。 三相有功功率的瞬时值

p

可由式（5）得到。

p

=

u

A

i

A＋

u

B

i

B＋

u

C

i

C=

u

A(

i

A1＋

i

A

k

)＋

u

B(

i

B1＋

i

B

k

)＋

u

C(

i

C1＋

i

C

k

)=(

u

A

i

A1＋

u

B

i

B1＋

u

C

i

C1)＋

(

u

A

i

A

k

＋

u

B

i

B

k

＋

u

C

i

C

k

)={3

U

M

i

1＋cos

φ

/2－3

U

M

i

1－cos(2

ωt

＋

θ

1－)/2}＋

{3

U

M

ik

＋cos〔(

k

－1)

ωt

＋

θk

＋〕/2}－{3

U

M

ik

－cos〔(

k

＋1)

ωt

＋

θk

－〕/2}（5） 式（5）

包含直流和一系列谐波分量。谐波频率最低可达100Hz，经过低通滤波，功率中的谐波分

量可以滤去，只剩下稳态值

p

（3

U

M

i

1＋cos

φ

/2），其中

i

1＋cos

φ

就是基波正序电流有功

分量的幅值。对于A相，基波正序电流有功分量

i

A1有=

i

1＋cos

φ

sin

ωt

。由式（6）可以

得到

i

A1有=

i

1＋cos

φ

sin

ωt

==（6） 同理可以得到其他两相

基波正序电流的有功分量

i

B1有=

i

1＋cos

φ

sin(

ωt

－2π/3)，

i

C1有=

i

1＋cos

φ

sin(

ωt

＋

2π/3)。 从实际负载电流

i

A，

i

B，

i

C中减去以上得到的基波正序电流的有功分量

i

A1有，

i

B1有，

i

C1有，即可得到负载谐波和无功电流，以此作为三相逆变器输出的补偿电流指令，

即

i

AC＊=

i

A－

i

A1有

i

BC＊=

i

B－

i

B1有（7）

i

CC＊=

i

C－

i

C1有 另外，有源滤波器运

行中应维持逆变器直流侧电压

U

d的恒定。图2中虚线框中表示的是直流侧电压控制部分。

如图2所示，将给定值

U

d＊与实际检测值

U

d的差输入PI调节器，输出乘以实际直流测

电压

U

d，结果作为有功的增量Δ

P

。将Δ

P

叠加到图2中低通滤波器的输出，使

i

C＊中有

一定的基波有功电流，使逆变器直流侧电容从交流侧获得能量，补偿有源滤波器的运行功

耗，从而使

U

d稳定在给定值

U

d＊。 2 仿真和试验结果 采用MATLAB中的SIMULINK

模块对这种检测算法进行仿真，仿真结果如图3所示。由仿真波形可知该检测算法计算出

的基波有功电流同电网电压完全同相位，且为标准正弦，这说明检测出的谐波和无功电流

2024年5月27日发(作者：冯以柳)

图1是并联型有源滤波器的系统框图，其基本原理是：通过检测环节计算出负载的谐

波和无功电流，然后控制逆变电路输出，向电网注入与负载的无功和谐波电流大小相等、

方向相反的补偿电流，从而使电网电流中只含有基波有功分量。这样，该装置既可以实现

对谐波的滤波作用，又可以提供电力系统所需的无功电流，便可大大提高电能利用率，提

高经济效益。

图1 并联型有源滤波器的系统框图 本文提出一种新的谐波和无功电流检测算法，图2

为负载谐波和无功电流的检测原理图,图中虚线框内为直流侧电压控制部分。如图2所示，

首先检测出实际负载电流和电网电压，对这6个量进行计算即可得到所需的三相负载谐波

和无功电流。

图2 谐波和无功电流检测算法原理图 为简单起见，假定电网电压三相对称、无畸变，

则

u

A=

U

Msin

ωt

u

B=

U

Msin(

ωt

－2π/3)（1）

u

C=

U

Msin(

ωt

＋2π/3) 负载电流

i

A，

i

B，

i

C可以表示为基波与谐波之和，即

i

A=

i

A1＋

i

A

k

i

B=

i

B1＋

i

B

k

（2）

i

C=

i

C1＋

i

C

k

考

虑到负载不对称，将电流分为正序、负序、零序，则基波电流为

i

A1=

i

1＋sin(

ωt

－

φ

)＋

i

1

－sin(

ωt

＋

θ

1－)＋

i

10

i

B1=

i

1＋sin(

ωt

－

φ

－2π/3)＋

i

1－sin(

ωt

＋

θ

1－＋2π/3)＋

i

10

i

C1=

i

1＋sin(

ωt

－

φ

＋2π/3)＋

i

1－sin(

ωt

＋

θ

1－－2π/3)＋

i

10（3） 式中：

i

1+，

i

1-，

i

10为基波正序、负序、零序分量的幅值；

φ

为功率因数角；

θ

1－为基波负序的初始相

位。 谐波电流也分为正序、负序、零序，

k

次谐波电流可表示为

i

A

k

=

ik

＋sin(

kωt

＋

θk

＋)＋

i

k－sin(

kωt

＋

θk

－)＋

ik

0

i

B

k

=

ik

＋sin(

kωt

＋

θk

＋－2π/3)＋

ik

－sin(

kωt

＋

θk

－＋

2π/3)＋

ik

0

i

C

k

=

ik

＋sin(

kωt

＋

θk

＋＋2π/3)＋

ik

－sin(

kωt

＋

θk

－－2π/3)＋

ik

0（4） 式

中：

ik

＋，

ik

－，

ik

0为

k

次谐波正序、负序、零序分量的幅值；

θk

＋及

θk

－为谐波正序、

负序的初始相位。 三相有功功率的瞬时值

p

可由式（5）得到。

p

=

u

A

i

A＋

u

B

i

B＋

u

C

i

C=

u

A(

i

A1＋

i

A

k

)＋

u

B(

i

B1＋

i

B

k

)＋

u

C(

i

C1＋

i

C

k

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u

A

i

A1＋

u

B

i

B1＋

u

C

i

C1)＋

(

u

A

i

A

k

＋

u

B

i

B

k

＋

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C

i

C

k

)={3

U

M

i

1＋cos

φ

/2－3

U

M

i

1－cos(2

ωt

＋

θ

1－)/2}＋

{3

U

M

ik

＋cos〔(

k

－1)

ωt

＋

θk

＋〕/2}－{3

U

M

ik

－cos〔(

k

＋1)

ωt

＋

θk

－〕/2}（5） 式（5）

包含直流和一系列谐波分量。谐波频率最低可达100Hz，经过低通滤波，功率中的谐波分

量可以滤去，只剩下稳态值

p

（3

U

M

i

1＋cos

φ

/2），其中

i

1＋cos

φ

就是基波正序电流有功

分量的幅值。对于A相，基波正序电流有功分量

i

A1有=

i

1＋cos

φ

sin

ωt

。由式（6）可以

得到

i

A1有=

i

1＋cos

φ

sin

ωt

==（6） 同理可以得到其他两相

基波正序电流的有功分量

i

B1有=

i

1＋cos

φ

sin(

ωt

－2π/3)，

i

C1有=

i

1＋cos

φ

sin(

ωt

＋

2π/3)。 从实际负载电流

i

A，

i

B，

i

C中减去以上得到的基波正序电流的有功分量

i

A1有，

i

B1有，

i

C1有，即可得到负载谐波和无功电流，以此作为三相逆变器输出的补偿电流指令，

即

i

AC＊=

i

A－

i

A1有

i

BC＊=

i

B－

i

B1有（7）

i

CC＊=

i

C－

i

C1有 另外，有源滤波器运

行中应维持逆变器直流侧电压

U

d的恒定。图2中虚线框中表示的是直流侧电压控制部分。

如图2所示，将给定值

U

d＊与实际检测值

U

d的差输入PI调节器，输出乘以实际直流测

电压

U

d，结果作为有功的增量Δ

P

。将Δ

P

叠加到图2中低通滤波器的输出，使

i

C＊中有

一定的基波有功电流，使逆变器直流侧电容从交流侧获得能量，补偿有源滤波器的运行功

耗，从而使

U

d稳定在给定值

U

d＊。 2 仿真和试验结果 采用MATLAB中的SIMULINK

模块对这种检测算法进行仿真，仿真结果如图3所示。由仿真波形可知该检测算法计算出

的基波有功电流同电网电压完全同相位，且为标准正弦，这说明检测出的谐波和无功电流