【正文】 00000 pppivivivivivp qdqqdddqTdqabcTabc ???????? (368) 式中， ddd ivp ? 為 d 軸瞬時(shí)功率； qqq ivp ? 為 q 軸瞬時(shí)功率； 000 ivp ? 為 0 軸瞬時(shí)功率； 系統(tǒng) 注入節(jié)點(diǎn)的有功功率應(yīng)為三相瞬時(shí)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(gè)周期內(nèi)平均值為零的交變分量。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。 該方法使用模擬濾波器來實(shí) 現(xiàn)諧波電流檢測。 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。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。所以，諧波次數(shù)必須為整數(shù) 。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。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。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) 。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。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍在廣泛采用。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(shí)，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。非線性設(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)。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 。 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。 作為主電路的 PWM 變流器，在產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí)，主要作為逆變器工作。 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。此方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測精度較高，缺點(diǎn)是需要一定時(shí)間的電流值，計(jì)算量大，需花費(fèi)較多的計(jì)算時(shí)間 。 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。 雖然三個(gè)瞬時(shí)功率 0p 和 ????qp 能夠進(jìn)行獨(dú)立補(bǔ)償，但在 0?? 瞬時(shí)功率理論中， 瞬時(shí)有功 功率 0p 和 ??p 是互相影 響的。 由于這個(gè)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。 第 三 章 無功功率理論 16 定義 4： ?， ? 相的瞬時(shí)無功功率 ?q ， ?q （瞬時(shí)有功功率 ?p ， ?p ） 分別為該相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)無功電流（瞬時(shí)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(shí)有功電流 api ， bpi ，cpi ）是 ? ， ? 兩相瞬時(shí)無功電流 qi? ， qi? （瞬時(shí)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? 。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(diǎn)是能快速跟蹤補(bǔ)償電流，進(jìn)行適時(shí)補(bǔ)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(fù)載變化的影響 ； 缺點(diǎn)是成本高，系統(tǒng)損耗大 。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 。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 。它具有成本低、結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。 第二章 諧波及有源電力濾波器 5 bn = ?1 ???? ??? )(sin)(u ttdnt。 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(gè)完整周期內(nèi)的積分值為零。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。當(dāng)時(shí)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。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。 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。在實(shí)際存在系統(tǒng)電源阻抗時(shí)，畸變電流將在阻抗上產(chǎn)生電壓降，因?yàn)楫a(chǎn)生畸變電壓，畸變電壓將對所有的負(fù)載產(chǎn)生影響。這就導(dǎo)致了在非線性負(fù)荷中用一般感 應(yīng)式儀表計(jì)量無功將產(chǎn)生較大的誤差 , 其統(tǒng)計(jì)的功率因數(shù)將會比真實(shí)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。 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。 20 世紀(jì) 80 年代后期有源電力濾波器（ APF）在日美等發(fā)達(dá)國家成功研制并投入使用。這樣，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波 及無 功成分相互抵消 。 下面我們就來看一下最基本的集中檢測的方法。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。 定義 6： a， b， c 各相的瞬時(shí)無功功率 aq ， bq ， cq （瞬時(shí)有功功率 ap ， bp ，cp ）分別為該相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)無功電流（瞬時(shí)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(shí)無功理論 0?? 坐標(biāo)系下的瞬時(shí)無功功率理論是在三相對稱正弦電壓和對稱負(fù)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。 第四章 基于瞬時(shí)無功理論的諧波電流檢測法 23 第四章 基于瞬時(shí)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(fù)序分量構(gòu)成的分量相關(guān) 。 ?? 平面中的 pi 和 qi ，如圖 32 所示。 這對有源電力濾波器控制是一個(gè)難以接受的缺陷。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(jià)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。圖 11所示為最基本的有源電力濾波器的原理框圖 。可以看出，諧波是一個(gè)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。 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。 4）諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置誤動作 ,使電氣測量儀表不準(zhǔn)確。 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(gè)等級。針對不同的負(fù)載和負(fù)載突變情況進(jìn)行了仿真，得出不同方法的使用條件和最優(yōu)結(jié)果。 本文對平均功率理論和瞬時(shí)功率理論進(jìn)行了分析、比較，指出了它們適用的范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。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。 2）諧波影響電氣設(shè)備的正常工作。 ?— 初相角 。 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。 (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(shí)，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