電能質(zhì)量控制裝置的指令信號檢測方法*

摘要： 影響電力系統中電能質(zhì)量的主要成分是無(wú)功功率和諧波電流，為了對其進(jìn)行補償，本文給出了基于瞬時(shí)功率理論的ip-iq法檢測無(wú)功功率；對諧波的檢測方法不僅可以檢測總諧波電流，還能夠檢測特定次數的諧波電流。本文提出的檢測方法能夠實(shí)時(shí)有效地檢測出電力系統中的無(wú)功功率和諧波。
關(guān)鍵詞： 無(wú)功功率補償；諧波檢測；動(dòng)態(tài)補償裝置

電力系統中無(wú)功功率的檢測

　　電力系統中電網(wǎng)電壓無(wú)畸變是相對的。當電網(wǎng)電壓畸變時(shí)，應用瞬時(shí)功率理論的ip-iq檢測法即使在電網(wǎng)電壓畸變時(shí)也能準確地檢測出無(wú)功電流和諧波電流，該方法是基于電網(wǎng)電壓基波頻率角提出來(lái)的，具體變換為：

　　設三相電路各相電流瞬時(shí)值為ia(t)，ib(t)，ic(t)，則，
       (1) 

    (2) 

　　式中ip，iq分別為有功電流和無(wú)功電流；q=wt為某一時(shí)刻電網(wǎng)電壓基波分量的角度。

　　將ip，iq經(jīng)過(guò)低通濾波器后可得到其直流分量，再由式(3)可得到三相基波電流， 
        (3)
當使式(3)中直流分量時(shí)，由此式得到的三相電流為無(wú)功補償裝置所需的指令電流。

電力系統中諧波的檢測

　　由式(3)可得到三相基波電流，如果從三相電流中減去三相基波電流，則可得到系統的諧波電流，但是上述方法只適用于三相三線(xiàn)制系統。下面介紹另一種基于單相電路檢測諧波的方法，設單相電路的電源電壓和負載電流分別為：

　　其中：e1(t)，i1(t)分別為瞬時(shí)基波電壓、電流分量；eh(t)，ih(t)分別為所有瞬時(shí)高次諧波電壓、電流分量之和；j1是e1(t)，i1(t)之間的相位差；jk是ek(t)，ik(t)之間的相位差。
經(jīng)過(guò)下式變換可得到有功電流ip和無(wú)功電流iq：
　  　　　　　　　 (4)

　　經(jīng)過(guò)低通濾波器后，得到單相有功電流ip和無(wú)功電流iq的直流分量分別為：
　  　　　　　　 (5)

　　則基波電流為：
 (6)
　　
　　總諧波電流為：
 　　　　(7)

　　此方法不僅適用于單相電路諧波電流和無(wú)功電流的檢測，同樣也適用于三相四線(xiàn)制電路諧波和無(wú)功電流的檢測。

　　當需要檢測第k次諧波電流時(shí)，可應用下面公式得到：
(8)

　　則有：
  (9)
  
  (10)

　　上述方法在實(shí)際應用中可用模擬電路實(shí)現，也可用數字電路實(shí)現。

檢測方法的仿真分析

　　本文仿真是在電力系統中電網(wǎng)電壓、電流都有畸變的情況下進(jìn)行的。其中圖1是采用瞬時(shí)功率理論的ip-iq檢測法得到的a相基波無(wú)功電流和諧波電流；圖2是單相電路基波無(wú)功電流和諧波電流的檢測結果。

圖1  a相基波無(wú)功電流和諧波電流


圖2  單相電路無(wú)功電流和諧波電流

　　由仿真結果可見(jiàn)，采用瞬時(shí)功率理論的ip-iq檢測法可以實(shí)時(shí)準確地檢測三相三線(xiàn)電力系統中的基波無(wú)功電流，從而得到系統的無(wú)功功率；采用本文提出的單相電路無(wú)功電流和諧波電流的檢測方法，能夠得到三相四線(xiàn)制電力系統中無(wú)功功率和諧波電流，而且還可以得到特定次數的諧波電流。本文提出的無(wú)功功率和諧波的檢測方法為補償裝置指令信號的獲得提供了重要的理論基礎。

結語(yǔ)

　　無(wú)功功率和諧波的存在對電力系統是非常大的污染，為了提高系統的電能質(zhì)量，必須對無(wú)功功率和諧波進(jìn)行補償。文中重點(diǎn)提出了無(wú)功功率和諧波電流的常用檢測方法，并對其進(jìn)行理論分析、仿真驗證。由仿真結果可見(jiàn)，本文提出的檢測方法能夠實(shí)時(shí)有效地檢測出系統的無(wú)功功率和諧波，為補償裝置的設計做了必要的準備工作,本文所提出的檢測方法已經(jīng)在實(shí)驗室有了一定應用。

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