【正文】 第四章 基于瞬時無功理論的諧波電流檢測法 23 第四章 基于瞬時無功理論的諧波電流檢測 法 三相三線制電路 qp 檢測 法 該檢測方法 原理 如圖 41所示。 0 軸和零序分量聯(lián)系在一起， ? 軸和 ? 軸分量與由正序分量和負序分量構(gòu)成的分量相關(guān) 。 定義 6： a， b， c 各相的瞬時無功功率 aq ， bq ， cq （瞬時有功功率 ap ， bp ，cp ）分別為該相瞬時電壓和瞬時無功電流（瞬時有功電流）的乘積，即 Apeiep aapaa 23?? （ 349） 第 三 章 無功功率理論 18 Apeiep bbpbb 23?? （ 350） Apeiep ccpcc 23?? （ 351） Aqeeeieq cbaaqaa )( ??? （ 352） Aqeeeieq acbbqbb )( ??? （ 353） Aqeeeieq baccqcc )( ??? （ 354） 定義 6 也有 和定義 4 類似的性質(zhì)： （ 1） pppp cba ??? （ 355） （ 2） 0??? cba qqq （ 356） 0dq 坐標(biāo)系下 瞬時無功理論 0?? 坐標(biāo)系下的瞬時無功功率理論是在三相對稱正弦電壓和對稱負載電流的條件下提出的，所定義的各物理量 有其明確的物理意義。 ?? 平面中的 pi 和 qi ，如圖 32 所示。然而，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波和模糊控制的算法雖然適用，但是這些算法過于復(fù)雜，不容易得 到推廣使用。 這對有源電力濾波器控制是一個難以接受的缺陷。 下面我們就來看一下最基本的集中檢測的方法。具體表現(xiàn)在電能質(zhì)量問題得到了政府和相關(guān)部門的高度重視 ；功率開器件的性價比也在逐步提升 ； 隨著新一代 DSP 的出現(xiàn)，控制系統(tǒng)的成本只占很小一部分等等。這樣，補償電流與負載電流中的諧波 及無 功成分相互抵消 。圖 11所示為最基本的有源電力濾波器的原理框圖 。 20 世紀(jì) 80 年代后期有源電力濾波器（ APF）在日美等發(fā)達國家成功研制并投入使用?？梢钥闯觯C波是一個周期電氣量中頻率為大于 1 整數(shù)倍基波頻率的正 弦波分量。 bn = cncos n? ； 在式 (22)或式 (23)的傅立葉級數(shù)中，頻率為 1/T 的分量稱為基波，頻率為大于 1/T 的 整數(shù)倍基波頻率的分量稱為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比。 正弦電壓施加在電阻、電感和電容這些線性無源元件上，其電流和電壓分別為比例、積分和微分關(guān)系，仍為同頻率的正弦波。這就導(dǎo)致了在非線性負荷中用一般感 應(yīng)式儀表計量無功將產(chǎn)生較大的誤差 , 其統(tǒng)計的功率因數(shù)將會比真實值偏高 , 誤差值大小取決于波形畸變程度 , 一般誤差值范圍在 5%～ 15%之間。 4）諧波會導(dǎo)致繼電保護和自動裝置誤動作 ,使電氣測量儀表不準(zhǔn)確。在實際存在系統(tǒng)電源阻抗時，畸變電流將在阻抗上產(chǎn)生電壓降，因為產(chǎn)生畸變電壓，畸變電壓將對所有的負載產(chǎn)生影響。 美國電力研究院 (EPRI)的 Narain 博士于 1988 年首先提出了 “Custom Power”的新概念及其質(zhì)量分成三個等級。 70 年代以來由于電力電 子 技術(shù)的 飛 速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通及家庭的應(yīng)有日益廣泛，諧波所造成的危害也日趨嚴(yán)重。針對不同的負載和負載突變情況進行了仿真，得出不同方法的使用條件和最優(yōu)結(jié)果。電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重，影響到供電質(zhì)量和用戶使用的安全性，因此電網(wǎng)諧波污染的治理越來越受到關(guān)注。 本文對平均功率理論和瞬時功率理論進行了分析、比較，指出了它們適用的范圍及優(yōu)缺點。當(dāng)時在德國，由于使用靜態(tài)汞弧而造成了電壓、電流波形的畸變。另一方面，現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)以及居民用戶的用電設(shè)備對電能質(zhì) 量的要求更加敏感，對供電質(zhì)量提出了更高的要求。用戶電力（ Custom Power）新技術(shù)主要利用 GTO、 IGBT 等大功率電力電子器件組成的控制設(shè)備向用戶提供增值的、高可靠的、高質(zhì)量的電能，提高系統(tǒng)的供電可靠性（減少斷電次數(shù)），保證功率流 質(zhì)量。 2）諧波影響電氣設(shè)備的正常工作。 諧波無功又稱非有功或畸變功率 ,其與基波無功的主要區(qū)別是：基波無功是由同次無功電流和電壓產(chǎn)生 ,而諧波無功包含了 各種 不同次電流和電壓向量乘積 , 其在一個完整周期內(nèi)的積分值為零。 ?— 初相角 。 第二章 諧波及有源電力濾波器 5 bn = ?1 ???? ??? )(sin)(u ttdnt。 諧波分析中的常用概念 n 次諧波電壓含有率以 HRUn (Harmonic Ratio Un )表示。它具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點。 (1)對功率器件工作頻率以內(nèi)的各次諧波都有較好的濾波效果 ； (2)當(dāng)系統(tǒng)阻抗和頻率變化時，濾波特性不受影響 ； (3)不會發(fā)生串 /并聯(lián)諧振現(xiàn)象，且能有效抑制系統(tǒng)與無源濾波器 間的諧振 ； (4)不存在過載現(xiàn)象，當(dāng)負載諧波電流較大時，仍能繼續(xù)運行 。也就是說，它既可以工作在逆變器狀態(tài)，又可以工作在整流器狀態(tài)，而這兩種狀態(tài)無法嚴(yán)格區(qū)分 。 此外，還有 串 并聯(lián)型 APF，其兼有串、并聯(lián)型 APF 的功能， 具有較高性價比。所以目前的主要發(fā)展方向是加快有源電力濾波器的產(chǎn)品化 。 (2)基于 Fryze 功率定義的檢測方法 其原理是將負載電流分解為與電壓波形一致的分量，將其余分量作為廣義無功電流 (包括諧波電流 )。此方法是目前 APF 中應(yīng)用最廣泛的一種檢測方法，其優(yōu)點是能快速跟蹤補償電流，進行適時補償，系統(tǒng)頻率特性不變，即使高次諧波增加，系統(tǒng)也不會過載，且不受電網(wǎng)參數(shù)和負載變化的影響 ； 缺點是成本高，系統(tǒng)損耗大 。 ?? 變換是 由 電機雙反應(yīng)原理 衍變 的變換，其變換后的參考坐標(biāo)仍置于電機定子側(cè) ， abc 三相正弦 電流經(jīng) ?? 變換后，在 ?? 兩相繞組上呈現(xiàn)為兩相交流電。 第 三 章 無功功率理論 16 定義 4： ?， ? 相的瞬時無功功率 ?q ， ?q （瞬時有功功率 ?p ， ?p ） 分別為該相瞬時電壓和瞬時無功電流（瞬時有功電流）的乘積，即 pee eiep p 22 2?????? ??? （ 330） pee eiep p 22 2?????? ??? （ 331） qee eeieq q 22??????? ??? （ 332） qee eeieq q 22??????? ???? （ 333） 從定義 4 可以得到以下性質(zhì)： （ 1） ppp ?? ?? （ 334） （ 2） 0?? ?? qq （ 335） 定義 5： 三相電路各相的無功電流 aqi ， bqi ， cqi （瞬時有功電流 api ， bpi ，cpi ）是 ? ， ? 兩相瞬時無功電流 qi? ， qi? （瞬時有功電流 pi? ， pi? ）通過兩相到三相變換所得到的結(jié)果，即 ???????????????????ppcpbpapiiCiii??23 （ 336） ???????????????????qqcqbqaqiiCiii??23 （ 337） 式中， TCC 3223? 。 瞬時功率理論 0?? 瞬時功率理論中瞬時有功功率和無功功率定義在時間域，這些定義己經(jīng)應(yīng)用于三相三線 (四線 )制系統(tǒng)中的諧波 /無功電流控制。 由于這個原因， ?? 電路中的 有功功率 ??p 的改變會導(dǎo)致三相線電流發(fā)生畸變。在電網(wǎng)電壓無畸變的情況下， p 由負載電流中的基波正序有功電流與電壓作用所產(chǎn)生， q 由負載電流中的基波無功電流與電壓作用所產(chǎn)生。 雖然三個瞬時功率 0p 和 ????qp 能夠進行獨立補償，但在 0?? 瞬時功率理論中， 瞬時有功 功率 0p 和 ??p 是互相影 響的。 將 0dq 坐標(biāo)系下的電流向量 0dqi 分解為兩個相互正交的兩個分量： ? ? qpqqqdqpqpdpqddq iiiiiiiiiiii ?????????????????????????????????????0000 (372) 可見 0dq 坐標(biāo)系下瞬時有功電流為： ???????????????????????00 vvvAPiiii qdpqpdpp (373) 0dq 坐標(biāo)系下瞬時無功電流為： ????????????????????????????????????????????????????????00000 iiiAPiiiiiiiiiiiii qdqdpqpdpqdqqqdqq (374) 0dq 坐標(biāo)系下的 瞬時有功電流和瞬時無功電流經(jīng)過 park 反變換就可獲得abc 三相系統(tǒng)的瞬時有功電流和瞬時無功電流。 從定義 3 可以得到以下性質(zhì)： （ 1） 222 ppp iii ?? ?? （ 326） 222 qqq iii ???? （ 327） （ 2） ??? iii qp ?? （ 328） ??? iii pp ?? （ 329） 上述性質(zhì)（ 1） （ 2） 是由 ? 軸和 ? 軸正交而產(chǎn)生的。 設(shè)電網(wǎng)電壓為 ： wtVwtVV ms s in2s in ?? (31) 負載電流為： ????s i nc os2c oss i n2)s i n(2)s i n(iwtIwtIwtIwtIlllml ?? ???? (32) 則系統(tǒng)吸收的瞬時功率定義為 ： lsivp? (33) 將式（ 31）和式（ 32）代入式（ 33）中可以得到： wtQwtPP wtVIwtVIp ll 2s i n2c os 2s i ns i n)2c os1(c os ??? ??? ?? (34) 其中 _P 定義為系統(tǒng)吸收的平均功率： ?c os1 0 lT VIdtpTP ?? ? (35) P 定義為系統(tǒng)的有功功率 ： ?coslVIP ? (36) Q 定義為系統(tǒng)的無功功率 ： ?sinlVIQ ?