Abstract: Aiming at the characteristics of unstable and time - varying harmonics of frequency converter, an improved harmonic detection algorithm based on FBD is proposed. The algorithm uses a sliding window instead of a conventional low-pass filter to detect the fundamental current and harmonic current in the converter quickly and accurately. Through the simulation and analysis of the algorithm in Matlab, the fundamental positive sequence current of different algorithms is given, and the effectiveness of the improved harmonic detection method based on FBD algorithm is verified.

Key words: Harmonic detection; FBD algorithm; Frequency converter; Sliding window

【中图分类号】TN773  【文献标识码】B  文章编号1561-0330（2017）11-0000-00

1 引言

大功率变频装置中包含二极管、晶闸管等电力电子器件，大量电力电子器件是电力系统谐波的重要来源，现今电网的电能质量不容乐观。Fryze、Buchholz和Depenbrock方法已经应用于SAPF中的控制器。这种方法的缺点是具有谐波分量的合成线路电流有助于保持电网电压失真。在非线性负载和非正弦电网电压的情况下SAPF控制器的电导的新定义可以最大限度地减少线路电流失真^[1]；Depenbrock M等人提出从非正规条件下的非对称负载的m线不平衡多相电力系统的最一般情况开始，使用FBD方法在时域中分析电流，电压和功率之间的关系^[2]。文献三、四提出三相电力系统的直接和间接电流检测方法，并且在三相电力系统中使用FBD方法也得到了扩展。文献五提出了一种基于FBD算法的新型谐波电流检测方法，该方法利用平均值电流计算环节取代传统FBD法中的低通滤波器，有效避免了谐波电流检测方法中存在的检测精度及动态响应和复杂计算等问题；文献六、七对FBD法电流检测过程进行了分析，指出了造成滞后误差的原因，并且建立了定量分析的模型，推导出了计算公式；文献八、九对传统的FBD法进行分析和改进，在此基础上针对三相四线制系统对FBD法进行了优化设计，通过增加一个反馈回路,提高了检测方法的实时性，增强了谐波与闪变抑制装置的动态响应特性；贺龙祥等人分析了传统FBD算法检测谐波电流的原理然后分析了FBD算法和自适应谐波电流检测算法的结构，提出使用自适应补偿调节内核LMS算法取代FBD检测算法中的低通滤波器^[10-11]。

本文提出了一种基于FBD的改进谐波检测算法，该算法利用滑动窗取代传统的低通滤波器，能快速、准确的检测出变频器中的基波电流和谐波电流，通过Matlab进行算法仿真分析，给出了不同算法的基波正序电流图，证实了该基于FBD的改进谐波检测算法是精度很高的谐波检测算法。

2 传统FBD算法的谐波电流检测方法

锁相环生成的三相参考电压：

最后用负载电流减去三相基波正序电流所得到差值即为需要要补偿电流分量，补偿电流大小等于谐波。该方法用于变频器中，可以有效的使系统进行电流检测，为电流补偿提供保证。

3 改进FBD算法的谐波电流检测方法

传统的FBD算法能检测出谐波电流，但LPF会导致检测的延时，电流通过LPF会产生幅值和相位的偏差。若负载电流的变化率较大，特别是对于工况复杂的电力系统来说，由于LPF滞后，对谐波补偿效果产生放大性的影响。

为了弥补延迟这缺点，根据数据采样特点，对FBD算法进行改进，用移动窗积分代替LPF。移动窗积分原理：假设在各个周期中采样点为N，经过一个T周期，将下一个周期的第一点覆盖上一个周期的第一点，使得每次采样数据只更新一个，其余的N-1个数据不产生变化，数据区始终保持最新的N个数据使之不断的循环，周期始终为保持一个周期。通过移动窗求出均值，算法见式（8），该算法原理简单、时间短、精度高，且谐波在一个周期内相互抵消，只留下直流分量，但其本质上等于LPF。移动窗结构图如图1所示。

4 仿真试验分析

为了验证改进FBD优越性，本文用Matlab对改进FBD算法进行仿真研究。仿真参数设定：网侧额定电压为660V；变频器前端为二极管整流单元；交流侧电感大小取4mH；直流侧电压大小取2000V。

改进FBD算法是否有效，最重要指标为基波正序电流畸变率。改进前后的基波正序电流分别见如图3和图4，可以观察出与改进前相比，改进后正序电流更接近正弦波。通过畸变率直方图观察，改进前后的基波正序电流畸变率分别为0.51%（如图5）和0.21%（如图6）。通过改进前后的两对比，量化的说明改进后基波正序电流畸变率低，达到预期的目标，改进后加入移动窗的FBD算法得以验证。

直流分量响应速度也是反应谐波检测算法一个重要指标，在稳态状态下，常规FBD由于存在LPF，得到直流分量延时较长，严重影响了检测精度，改进后有了明显的改善。将改进前后电流直流分量响应进行比较（如图7），常规FBD（虚线部分）在0.05S可得到直流分量，而改进方法（实线部分）在0.02S可得到直流分量，进一步证明改进方法的有效性和快速性。

5 总结

本文提出了一种基于FBD的改进谐波检测算法，利用移动窗积分法代替了传统的LPF，仿真试验结果验证了本文提出的谐波检测算法的快速性、精确性，说明该改进FBD算法适用于变频器的谐波检测，具有良好的工程应用价值。

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作者简介

谈蓉蓉 （1983-） 硕士研究生 研究方向为电工电子技术