【正文】 (37) S 定義為系統(tǒng)的視在功率 ： lVIQPS ??? 22 (38) ?cos 定義為系統(tǒng)的功率因數(shù) ： SP/cos?? (39) 第 三 章 無功功率理論 13 式（ 32）中與 P 對應(yīng)的電流分量定義為有功電流分量： wtI l sinco s2i lp ?? (310) 與 Q 對應(yīng)的電流分量定義為無功電流分量： wtIi llq co ssin2 ?? (311) αβ0 坐標(biāo)系下瞬時無功理論 該理論突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量。此方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測精度較高，缺點(diǎn)是需要一定時間的電流值，計算量大，需花費(fèi)較多的計算時間 。該檢測法的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單，造價低，輸出阻抗低，品質(zhì)因素易于控制由于 濾波器中心頻率固定，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動時，濾波效果會大大下降 。 但 在對國外研究成果進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上，我國的有源濾波器的理論研究己經(jīng)達(dá) 到或者接近國際先進(jìn)水平。 并聯(lián)型 APF 主要用于感性電流源型負(fù)載的諧波補(bǔ)償，目前技術(shù)上 已 相當(dāng)成熟，投入運(yùn)行的 APF 多為此方案。 作為主電路的 PWM 變流器，在產(chǎn)生補(bǔ)償電流時，主要作為逆變器工作。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，有源電力濾波器技術(shù)已 取得了很大的進(jìn)步 。 無源電力濾波器 無源濾波方案是目前采用較多的諧波抑制手段。 如 :我國電力系統(tǒng)的額定頻率為 50Hz，則其基波為 50Hz, 2 次諧波為 100Hz,以此類推。對于周期為 T= ??2 的非正弦電壓 u( t? )，一般滿足狄里赫利條件，可分解為如下形式的傅立葉級數(shù) u( t? )= a0+??? ?1n )s inc os( tbtna nn ?? （ 22） 式中 ??? ?? ??? )()(u10 tdta 。 第二章 諧波及有源電力濾波器 4 第二章 諧波及有源電力濾波器 的基本概念及原理 電力系統(tǒng)諧波的基本概念及含義 諧波的定義 在供電系統(tǒng)中，通?？偸窍Ｍ涣麟妷汉徒涣麟娏鞒收也ㄐ巍７蔷€性設(shè)備相當(dāng)于諧波發(fā)電機(jī) , 其產(chǎn)生的諧波有功方 向與基波有功相反 , 即由用戶送入電網(wǎng)。 所有這些都使得電力系統(tǒng)的電壓，電流波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生高次諧波 。柔性配電新技術(shù)將為在電力市場條件下的電力用戶提供純凈、穩(wěn)定、可靠的綠色電源；同時，也提高了電能的傳輸效率，給供電部門帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 近年來，配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、 電弧爐、電氣化鐵路以及各種電力電子設(shè)備的應(yīng)用不斷增加。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍在廣泛采用。其次，對有源電力濾波器的基本原理、分類和基本組成進(jìn)行了闡述。其中，有源電力濾波器是抑制電網(wǎng)諧波的有效手段之一，這種濾波器能對頻率和幅度都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償，且補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，因而受到了廣泛重視。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在 18 世紀(jì)和 19 世紀(jì) 已 奠定了良好的基礎(chǔ)。國際電工委員會（ IEC）和國際大電網(wǎng)會議都相繼組成了專門的工作組，制定包括供電系統(tǒng)、各項(xiàng)電力設(shè)備和用 電設(shè)備以及家用電器在內(nèi)的諧波標(biāo)準(zhǔn) 。這 是新一代柔性配電系統(tǒng)第一章 緒論 2 的發(fā)展方向。前者如各種整流設(shè)備，交流調(diào)壓裝置，變流設(shè)備，直流拖動設(shè)備整流器， PWM 變頻器，相控調(diào)制變頻器以及現(xiàn)代工業(yè)設(shè)施為節(jié)能和控制用的電力電子設(shè)備等；后者如交流電弧爐，交流電焊機(jī)，日光燈和發(fā)電機(jī)，變壓器及鐵磁諧振設(shè)備等。 電力諧波對電能計量的影響 諧波有功功率是由諧波源設(shè)備即上面提到的整流、換流等設(shè)備產(chǎn)生 ,其功率來源是由產(chǎn)生諧波的設(shè)備在其工作過程中將電源基波部分功率轉(zhuǎn)變而成的。為了保證我國的電能質(zhì)量，自 1990 年以來，我國相繼發(fā)布了多相電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn) .這些標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為提高我國的電能質(zhì)量水平起到了很大的促進(jìn)作用。當(dāng)然，非正弦電壓施加在線性電路上時電流也是非正弦波。所以，諧波次數(shù)必須為整數(shù) 。被動型諧波抑制中安裝的電力濾波器又分為無源濾波器和有源濾波器。隨著現(xiàn)代控制理論和微處理器等方面的發(fā)展， PWM 變流器技術(shù)和 DSP 技術(shù)在電力有源濾 波器中廣泛應(yīng)有，使電力電子裝置趨于數(shù)字化。其中，指令電流運(yùn)算電路的核第二章 諧波及有源電力濾波器 8 心是檢測出被補(bǔ)償對象電流中的諧波和無功等電流分量 ； 補(bǔ)償電流發(fā)生電路的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出補(bǔ)償電流的指令信號，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ) 償電流。 有源電力濾波器交流 A P F直流 A P F串聯(lián)型A P F并聯(lián)型A P F統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器單獨(dú)使用方式串聯(lián)混合型單獨(dú)使用方式并聯(lián)混合型注入回路方式與 LC 并聯(lián)與 LC 串聯(lián)串聯(lián)諧振方式并聯(lián)諧振方式 圖 22 有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成分類 下面根據(jù) APF 與負(fù)載連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分類方式對有源電力濾波器的基本原理作簡單的介紹。 我國在有源電力濾波器的研究方面起步較晚， 進(jìn)入 90 年代，國內(nèi)的多所高校和研究機(jī)構(gòu) 才 加入到了有源濾波器的研究中來，當(dāng)時的工作主 要以理論研究和實(shí)驗(yàn)為主 。 該方法使用模擬濾波器來實(shí) 現(xiàn)諧波電流檢測。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變換，分解為高次諧波代數(shù)和的形式，再將其合成為總的補(bǔ)償電流。第 三 章 無功功率理論 12 第 三章 無功功率理論 平均功率理論 傳統(tǒng)的平均功率理論建立在單相交流系統(tǒng)的基波正弦電壓和基波正弦電流信號的基礎(chǔ)上。 定義 3： ?? 相的瞬時無功電流 qi? ， qi? （瞬時有功電流 pi? ， pi? ）分別為三相電路瞬時無功電流 qi （瞬時有功電流 pi ）在 ??? 軸上的投影，即 pee eieeii pepp 22c os????? ? ???? （ 322） pee eieeii pepp 22s i n????? ? ???? （ 323） qee eieeii qeqq 22s i n????? ? ???? （ 324） qee eieeii qeqq 22c os????? ? ??????? （ 325） 圖 32 中給出了 qi? ， qi? ， pi? ， pi? 。 abc 坐標(biāo)系與 0dq 坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系用正交的 park 變換矩陣 0dqC 來表示 ： ???????????????????????? ???????? ????????? ??????? ??22222232s i n32s i ns i n32c o s32c o sc o s320????wtwtwtwtwtwtC dq (363) 由于 0dqC 是正交矩陣，有 Tdqdq CC 010 ?? ，所以其逆矩陣為： 第 三 章 無功功率理論 19 ???????????????????????? ???????? ??????? ???????? ????2232s i n32c o s2232s i n32c o s22s i nc o s3210????wtwtwtwtwtwtC dq (364) 0dq 坐標(biāo)系表示的電壓、電流與以 abc 坐標(biāo)系表示的電壓、電流之間的變換關(guān)系如下 ： ?????????????????????cbadqqdvvvCvvv00 (365) ??????????????????????010vvvCvvvqddqcba (366) ???????????????????????????????????????????01000 iiiCiiiiiiCiiiqddqcbacbadqqd， (367) 三相瞬時功率為： 00000 pppivivivivivp qdqqdddqTdqabcTabc ???????? (368) 式中， ddd ivp ? 為 d 軸瞬時功率； qqq ivp ? 為 q 軸瞬時功率； 000 ivp ? 為 0 軸瞬時功率； 系統(tǒng) 注入節(jié)點(diǎn)的有功功率應(yīng)為三相瞬時功率的平均值，即 pP? (369) 令 2022 vvvA qd ??? (370) 對任意三相系統(tǒng)，一般有： AAA ~?? (371) 第 三 章 無功功率理論 20 式中 : A 表示該變量的恒定分量即平均值， A~ 表示該變量在一個周期內(nèi)平均值為零的交變分量。由于瞬時視在功率 (電流電壓空間矢量的幅值乘積 )不等于所有瞬時功 率的數(shù)值和，因此，在三相四線制系統(tǒng)中， 0?? 瞬時無功功率理論不滿足能量守恒。 該方法根據(jù)瞬時無功功率理論算出 qp、 ，經(jīng)低通濾波器 (LPF)得 qp、 的直流分量 qp、 。 (2) 0dq 瞬時功率理論 基于坐標(biāo)變換的傳統(tǒng)瞬時無功功率理論的局限性提出的 0dq 功率理論能適用于任意非正弦、非對稱的三相電路，用于各種電流分量的測量及補(bǔ)償方法，該方案可用于實(shí)際的廣義瞬時無 功電流補(bǔ)償裝置的研制。在三相四線制系統(tǒng)中，0?? 瞬時功率理論表明瞬時有功功率和無功功率是與瞬時有功電流和無功電流聯(lián)系在一起的，但是瞬時功率的數(shù)學(xué)表達(dá)式并不滿 足能量守恒。 將式 （ 322～ 325）代入式（ 336）、式（ 337）中 ，得到 第 三 章 無功功率理論 17 Apei aap 3? （ 338） Apei bbp 3? （ 339） Apei ccp 3? （ 340） Aqeei cbaq )(3 ?? （ 341） Aqeei acbq )(3 ?? （ 342） Aqeei bacq )(3 ?? （ 343） 式中 )(2 )()()( 222222accbbacbaaccbba eeeeeeeee eeeeeeA ?????? ?????? 從以上各式可以得到以下性質(zhì)： （ 1） 0??? cpbpap iii （ 344） 0??? cqbqaq iii （ 345） （ 2） aaqap iii ?? （ 346） bbqbp iii ??