為了快速檢測電流波形中的諧波,到目前已經(jīng)發(fā)展出了很多方法,如基于快速傅里葉變換(FFT)的數(shù)字分析法和基于瞬時無功功率的各種快速諧波檢測方法及其衍生的方法,這些方法的核心思想基本上可以歸結(jié)為以下兩類:

　　(1)從電流中提取基波分量和諧波分量,快速FFT方法就是基于該思想的諧波檢測法。

　　基于FFT的數(shù)字分析法原理比較簡單,其原理為將檢測到的一個周期的諧波信號用FFT分解,即得到各次諧波的幅值和相位,從而也得到了各次諧波的表達(dá)式。采用FFT快速算法可以很快檢測到波形中的各次諧波,但這種方法的缺點(diǎn)是需要一個周期的采樣數(shù)據(jù),所以具有較大的延時,不能稱為快速檢測方法。目前通用的方法是采用移動窗口方法,即每采樣得到一個新的數(shù)據(jù),則剔除一個時間最早的數(shù)據(jù),將新數(shù)據(jù)與其它數(shù)據(jù)一起構(gòu)成新的數(shù)據(jù)窗,進(jìn)行FFT分析得到各次諧波。這樣每個采樣點(diǎn)即可計算得到各次諧波。但由于新的采樣點(diǎn)是逐步加入進(jìn)來的,當(dāng)系統(tǒng)諧波含量發(fā)生突變時,必須經(jīng)過一個周期的測量,FFT分析得到的基波及諧波才能完全跟上系統(tǒng)諧波的變化。FFT方法思路比較簡明,原理和工作過程十分清晰,對所補(bǔ)償?shù)闹C波可以進(jìn)行有目的的選擇,適用于各種情況。但缺點(diǎn)是基于FFT數(shù)字分析方法存在一周期的延時。這種方法由于需要對誤差信號進(jìn)行重構(gòu),運(yùn)算較為復(fù)雜,故具有一定的延時,實(shí)時性較差。

　　(2)利用系統(tǒng)電壓和電流的關(guān)系快速提取電流中的諧波分量,基于瞬時功率理論的檢測方法都屬于這一類。

　　基于瞬時無功功率的諧波檢測法亦稱為p-q法,是日本學(xué)者AkagiH.提出的，其核心思想是根據(jù)所定義的瞬時功率的波動部分為諧波電流和系統(tǒng)電壓作用的結(jié)果這一特點(diǎn),來提取諧波分量。該方法對有源電力濾波器的實(shí)用化研究及濾波器響應(yīng)速度的提高起了很大的推動作用，很多諧波快速檢測方法都是基于該方法�；�于此方法的濾波器在實(shí)際應(yīng)用中的延遲時間從幾個毫秒到10毫秒左右。

　　6 UPS諧波抑制的解決方案及應(yīng)用比較

　　目前業(yè)界非常重視對UPS及負(fù)載諧波的抑制和治理,在這一方面做了大量的努力,其解決方案也有多種多樣。

　　6.1 技術(shù)解決方案

　　(1)容量小于20kVA的單相UPS均采用輸入有源功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù),其輸入端的功率因數(shù)可達(dá)到0.99。

　　(2)容量小于80kVA的三相UPS采用脈寬調(diào)制(PWM)整流技術(shù),其輸入端的功率因數(shù)可達(dá)到0.98以上。目前,采用此項(xiàng)技術(shù)的UPS整流器的容量有進(jìn)一步提升的空間。

　　(3)對于大功率的UPS,目前多數(shù)采用三相全橋式晶閘管整流,根據(jù)不同的用戶需要,有以下幾種諧波治理的技術(shù)方案可供選擇:

　　①LC諧波濾波器;

　�、�12脈波整流器;

　�、壑鲃邮接性措娏�濾波器(THM);

　　6.2 大功率晶閘管整流UPS諧波抑制解決方案的

　　比較

　　對于大功率UPS三相全橋晶閘管整流,由上述分析可知,整流裝置產(chǎn)生的輸入電流失真度在25%～33%,其輸入功率因數(shù)為0.8。

　　目前大功率UPS輸入諧波電流抑制共有四種解決方案。

　　(1)采用6脈波整流UPS+有源電力濾波器

　　采用6脈波整流UPS+有源電力濾波器,輸入功率因數(shù)能夠達(dá)到0.94,輸入電流總諧波失真度小于4%,其輸入性能指標(biāo)非常好。

　　此方案的優(yōu)點(diǎn):

　�、偌夹g(shù)先進(jìn);

　�、谳斎胄阅苤笜�(biāo)較好;

　　③可以現(xiàn)場安裝;

　�、懿粌H能夠抑制諧波,還能改善功率因數(shù)。

　　此方案的缺點(diǎn):

　�、俅嬖�“誤補(bǔ)償”現(xiàn)象。由于有源濾波器存在響應(yīng)時間,當(dāng)在輸入電源上游執(zhí)行切除/投入操作或在UPS的輸入上游側(cè)作大負(fù)載的切除/投入操作時,易產(chǎn)生“誤補(bǔ)償”。輕者造成UPS的輸入諧波電流“突變”。嚴(yán)重時,會導(dǎo)致UPS的輸入開關(guān)“誤跳閘”。

　�、诳煽啃云�低。由于有源濾波器中使用的是IGBT功率管作為其功率變換器的驅(qū)動管,其故障率偏高。

　　③運(yùn)行成本較高。以200kVA的UPS來計算,其標(biāo)稱輸入電流為303A;諧波電流估算值為0.33×303A=100A。如果要補(bǔ)償?shù)捷斎腚娏髦C波失真度<5%,則至少需要補(bǔ)償電流100A。按目前市場報價,每安培1500～2000元人民幣計算,需要再投入15～20萬元,對于6脈波200kVA UPS來說,成本增加了60%～80%。

　　(2)采用6脈波整流UPS+5次諧波濾波器

　　由于三相全橋6脈波整流UPS產(chǎn)生的諧波電流失真度約為25%～33%,加5次諧波濾波器后能夠減小到6%,輸入功率因數(shù)為0.85,可局部減小諧波電流對電網(wǎng)的危害。

　　此方案的優(yōu)點(diǎn):

　�、俸唵�、可靠、經(jīng)濟(jì);

�、谥C波失真度小,提高功率因數(shù);

　�、劭涩F(xiàn)場安裝。

　　此方案的缺點(diǎn):

　　①輸入電流諧波失真度仍然偏大;

　�、趯Πl(fā)電機(jī)容量配比要求為1:2以上,并存在導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出異常升高的隱患。

　　(3)采用移相變壓器+6脈波整流器

　　采用移相變壓器+6脈波整流器方案,其組成由兩臺6脈波整流器UPS拼裝而成,當(dāng)UPS滿載時,輸入電流失真度降至10%。

　　此方案的缺點(diǎn):

　�、僦C波失真度仍然較高,提高功率因數(shù)較少;

　　②當(dāng)一臺整流器發(fā)生故障時,系統(tǒng)就轉(zhuǎn)為6脈波整流的UPS,諧波含量急劇增大;

　�、巯到y(tǒng)擴(kuò)容極為困難;

　　④占地面積比較大。

　　(4)采用12相脈波整流器UPS+11次諧波濾波器

　　采用12相脈波整流器UPS+11次諧波濾波器,其輸入電流諧波失真度可以減小到4.5%以下,輸入功率因數(shù)為0.95。與采用方案(1)相比,成本相對減少很多,其方案(3)的缺點(diǎn)②、③、④仍然存在。