基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测

基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测 1 引言 20世纪80年代后，电力电子技术迅速发展。各种变频器、变流器、开关电源和电抗器的应用日益增多。随之产生的谐波污染也日益严重，造成电力系统电压、电流严重畸变。影响仪器仪表正常工作，增加电力器件损耗，危及电力系统安全运行。目前，谐波污染已经成为电力系统的严重公害之一(解决电力系统谐波问题显得尤为迫切。电力系统谐波问题涉及面很广，包括谐波检测、谐波分析、谐波源分析、电网谐波潮计算、谐波抑制、谐波 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 等。谐波检测是谐波问题中的一个重要分支，是解决其他谐波问题的基础。电力系统的谐波由于受随机性、分布性、非平稳性等因素影响，对其进行准确检测并非易事。随着电力电子装置的广泛应用，使得谐波和无功问题成为了研究的热点。日本学者赤木泰文于1983年提出了三相电路瞬时无功功率理论，又称为pq理论，为三相电路谐波和无功检测提出了新的方法。 2 基于ip一iq的三相瞬时无功功率理论 为了克服pq理论检测时受电压质量影响的不足之处，pq理论经过不断的发展和完善，形成ip一iq为基础的三相瞬时无功功率理论。该理论的核心 思想 教师资格思想品德鉴定表下载浅论红楼梦的主题思想员工思想动态调查问卷论语教育思想学生思想教育讲话稿 在于把满足ia+ib+ic=0的三相电流经过不含零序分量的Park变换得到ip，iq。即: 可以看出，此时电流的检测只与A相电压的电角度ωt有关，而电压波的畸变对检测结果没有影响。其中C32是三相到两相的坐标变换阵;Cpq是旋转坐标变换阵。当三相电流对称时，被检测电流为: 式中，k为整数，ω是角频率，Ikm和θk为各次电流的幅值和初相。将(2)式代入(1) 式得下式: 当k=l、7、13…时取上符号;k=5、11、17…时取下符号。若滤去(3)式中的交流分量可得: 由(4)式可知，与传统意义上的基波分量的有功电流和无功电流相对应。因为ip和iq可经LPF分离而得到直流分量,若将同时反变换，可得到基波分量iaf，ibf，icf如下式: 片看不清楚,请点击这里查看原图(大图)。 图 式中C23是两相到三相的坐标变换阵。进而可得谐波电流iah，ibh，ich为: 对谐波电流iah，ibh，ich进一步分析，可得出三相交流电中所含的高次谐波的具体情况，从而可实现对高次谐波实时检测和有针对性的滤波控制。 如果只将iq作(1)式的反变换，得到无功电流分量的瞬时值iaq，ibq，icq，如下式: 由式(7)可无延时地分离出三相交流电中的瞬时无功电流，在实践中可根据该电流值设计控制系统，实现快速的无功补偿。可以看出，三相电路瞬时无功功率理论的提出，为快速的检测无功电流和高次谐波电流提供了理论基础。 3 基于无功功率理论的谐波和无功电流检测 三相瞬时无功功率理论提出后，由于其在检测电流时的实时性，很快被用于电力系统谐波和无功电流的检测。并随着该理论的进一步发展，派生出各种检测方法。其中具有代表性的有:p一q检测法、ip-iq检测法。下面讨论p—q的检测方法: 该方法根据定义算出p—g，当电压波无畸变时(即为标准正弦波)，而电流中含有无功分量和谐波分量: 式中，k为整数表示谐波次数，ω是角频率;Ikm和ψk为各次电流的幅值和初相。 将(8)式变换到αβ坐标系中并代入(5)式中得: 式中，n=3k+1。当n=3k+1时，计算式(9)中取上符号;当n=3k一1时，计算式(9)取下符 时，即功率中的号。可以看出，(9)式可以分成两部分，其中前半部分为直流分量对应n=1基波有功和基波无功。后半部分为交流部分的功率对应n>l时，即功率中的高次谐波有功和无功。用该检测方法检测谐波时的计算框图如图1所示。 该检测方法简述如下，首先对采样得到的三相电压、电流值ua、ub、uc和ia、ib、ic进行αβ变换，得到uα、uβ和iα，iβ;再由定义算出p，q;通过低通滤波器得到p，q中的直流分量p,q;将p，q互进行反变换得到三相电流中的基波电流分量iaf、ibf、icf。用三相电流ia、ib、ic减去基波电流分量iaf、ibf、icf得到电流中的高次谐波分量iah、ibh、ich当电网电压无畸变时，从上面的推导可以看出基波电流分量iaf、ibf、icf的检测是准确的，从而高次谐波分量iah、ibh、ich的检测值也是准确的。下面讨论当电网电压有畸变时的检测情况。 设电网电压为: 由上式可以看出，直流分量p，q不仅含有基波有功功率(无功功率)还含有高次谐波产生的有功功率(无功功率)，因此由该式算出的三相电流中的基波电流分量iaf、ibf、icf必然存在误差，从而使检测到的高次谐波分量iah、ibht、ich也必然出现误差。这也是p-q检测算法最大的不足之处。要检测谐波电流和无功电流的和电流，从而进行综合补偿，则可采用图2检测框图。 在该检测检测框图中，只对p进行了低通滤波处理，而q不进行滤波。将p，q进行反变换得到三相电流中的基波电流分量iaf、ibf、icf，此时iaf、ibf、icf中只含有基波有功电流分量;用三相电流ia、ib和ic减去基波电流分量，iaf、ibf、icf得到电流中的高次谐波和无功电流的和电流iah+q、ibh+q和ich+q。 4 结语 准确、实时地检测出电网中的谐波电流和无功电流是抑制谐波和无功补偿的关键。依据瞬时无功功率理论，对三相谐波电流进行了检测。证明了基于瞬时无功功率理论的谐波检测方法的可行性及有效性，为抑制谐波和无功补偿提供准确、实时的谐波及无功分量。 基于瞬时无功功率理论谐波检测方法的改进 1 引言 电力是现代人类社会生产与生活不可缺少的一种主要能源形式。随着电力电子装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。但电力电子装置带来的谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响。谐波被认为是电网的一大公害，对电力系统谐波问题的研究已被人们逐渐重视。谐波问题涉及面很广，包括对畸变波形的分析方法、谐波源分析、电网谐波潮流计算、谐波补偿和抑制、谐波限制标准以及谐波测量及在谐波情况下对各种电气量的检测方法等。 谐波检测是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波有着重要的指导作用，对谐波的分析和测量是电力系统分析和控制中的一项重要工作，也是对继电保护、判断故障点和故障类型等工作的重要前提。准确、实时地检测出电网中瞬态变化的畸变电流、电压，是众多国内外学者致力研究的目标。 常规的谐波测量方法主要有:模拟带通或带阻滤波器测量谐波;基于傅里叶变换的谐波测量;基于瞬时无功功率的谐波测量。瞬时无功功率理论可用于谐波的瞬时检测，也可用于无功补偿等谐波治理领域。本文介绍基于瞬时无功功率的谐波测量。 2瞬时无功功率理论以及ip-iq检测方法 1983年日本学者赤木泰文提出的瞬时无功功率理论，即“p-q”理论解决了谐波和无功功率的瞬时检测和不用储能元件就能实现抑制谐波和无功补偿等问题，从而使得电力有源滤波理论由实验室的研究走向工作应用。根据该理论，可以得到瞬时有功功率p和瞬时无功功率q，p和q中都含有直流分量和交流分量。由此可得被检测电流的基波分量，将基波分量与总电流相减即得相应的谐波电流。因为该方法忽略了零序分量，且对于不对称系统，瞬时无功功率的平均分量不等于三相的平均无功功率。所以，该方法只适用于三相电压正弦、对称情况下的三相电路谐波和基波无功电流的检测。 在三相对称系统中，基于瞬时无功功率理论的ip-iq谐波电流检测方框图如图1所示。 图中ea为A相电压信号，LPF为低通滤波器，PLL为锁相环同步电路，其作用是消除三相电压畸变对检测结果的影响。矩阵， ， 。 图1 基于瞬时无功功率理论的ip-iq检测方法 矩阵CC23为 、、为,时刻的三相谐波电流信号瞬时值，它包括基波电流和高次谐波电流。根据对称分量法把它们分解为正序分量组和负序分量组，有 式中，下标+n为正序电流，下标-n为负序电流。、、、分别为基波(n=1)或n次谐波电流的正序及负序分量有效值和初相位。乘以矩阵C32C就可以得到基波(,=1)或,次谐波的正序分量 其中 经过低通滤波器LPF把交流分量、滤除后得到要检测的直流分量 、。再将它们进行反变换后，就得到了三相基波或k次谐波电流的正序分量 3电网电压存在畸变以及不对称条件下的检测方法 该检测方法是基于d-q坐标系下进行投影变换的方法，从矢量分析角度出发，根据三相电网电压与电流综合信息，提取三相基波有功电流从而求得谐波和无功电流。这种方法不但避免了通过计算电网功率提取谐波方法中的功率计算，同时能够利用电网电压相位信息获得 基波有功电流同步参考信号。 三相电流量变换到d-q坐标系下，则有 (1) 式中，，其中 ，为电网同步参考正弦初相角，为电网基波角频率。论文参考网。 式(1)经过低通滤波器提取直流分量为 (2) 低通滤波器设计对谐波提取有重要影响。低通滤波器阶数越高，求解精度越高，但响应速度就会变慢。通过仿真试验表明，2阶巴特沃斯低通滤波器在兼顾响应速度和检测精度的同时，具有较好的滤波特性。 对式(2)进行d-q反变换，可以得到基波正序分量、、 (3) 其中，，。论文参考网。 从式(1),(3)的求解过程可以看出，基于d-q坐标系进行坐标变换提取电流基波正序分量的方法与参考正弦初始相位的选取无关，而且可以准确提取基波正序分量，以此作为基波有功电流同步参考信号，就可以准确求解基波有功电流，这样比仅仅选取A相电压作为同步参考正弦信号较为合理，因为在电网电压存在畸变和不对称时，采用任何一相信息都不完整。 因此，基波有功电流可以通过图2所表示的矢量关系求得。图2中，、分别为基波正序电压矢量和基波正序电流矢量;、和、分别为电压矢量和电流矢量在d轴和q轴上的投影;为电流矢量在电压矢量上的投影，即有功电流分量;和分别为基波有功电流分量在d轴和q轴上的投影;基波正序电压矢量角，基波正序电流矢量角，基波有功电流，其中。 对和进行d-q反变换，可以三相基波正序有功电流分量、、 补偿电流参考指令为负载电流与基波正序电流之差 从上述求解果过程可以看出，通过在d-q坐标系下进行坐标变换，有效地消除了电网电压畸变和不对称对谐波和无功电流检测带来的不利影响。经过d-q变换得到的是基波正序电压和电流量，因此，在d-q坐标系下电压、电流向量关系明确，物理概念清晰。 4 结束语 ip-iq检测法由于其具有电路结构简单，动态响应特性好等优点，在电流有源滤波器中得了一定的应用。但是在三相电压不对称时，基波有功、无功电流的检测存在较大误差。论文参考网。针对这一的缺点，本文提出了改进的ip-iq检测方法能精确地检测谐波和基波有功、无功电流。 参考文献 1 李芬华、胡建军. 一种单相电路谐波以及基波电流检测方法.电测与仪表，2005,8 2 李圣青，罗飞，张昌凡(基于ip及iq运算方式的改进型谐波电流检测方法(电气传动， 2OO3，23(2)