無功電流檢測(cè)方法對(duì)比分析

無功電流檢測(cè)方法對(duì)比分析

摘要：基于瞬時(shí)無功功率理論，建立了諧波及無功電流檢測(cè)系統(tǒng)閉環(huán)、開環(huán)的統(tǒng)一模型，揭示了檢測(cè)系統(tǒng)的本質(zhì)。諧波及無功電流的檢測(cè)是通過抽取基波有功電流，從負(fù)載電流中減掉基波有功電流獲得。將負(fù)載電流進(jìn)行坐標(biāo)變換，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下經(jīng)低通濾波后即可得到基波有功電流?；谏鲜鼋Y(jié)論，完成了一個(gè)應(yīng)用于電力有源濾波器的諧波及無功電流實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該檢測(cè)系統(tǒng)具有良好的動(dòng)、靜態(tài)響應(yīng)。

關(guān)鍵詞：瞬時(shí)無功功率理論；諧波及無功電流檢測(cè)；統(tǒng)一模型；等效低通濾波器

引言

APF補(bǔ)償電流的檢測(cè)不同于電力系統(tǒng)中的諧波測(cè)量。它不須分解出各次諧波分量，而只須檢測(cè)出除基波和有功電流之外的總的高次諧波和無功畸變電流。難點(diǎn)在于準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流，為有源電力濾波器控制系統(tǒng)進(jìn)行精確補(bǔ)償提供電流參考，這是決定APF性能的關(guān)鍵。目前文獻(xiàn)已報(bào)道運(yùn)行的三相APF中所使用的幾種諧波電流檢測(cè)方法，除了各自存在的難以克服的缺陷外，共同存在的問題是，由于是開環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)，故對(duì)元件參數(shù)和系統(tǒng)的工作狀況變化依賴性都比較大，且都易受電網(wǎng)電壓畸變的影響。對(duì)單相電路的諧波和無功電流的檢測(cè)還存在實(shí)時(shí)性較差的缺點(diǎn)。

本文對(duì)目前有源電力濾波器中應(yīng)用的畸變電流檢測(cè)與控制方法進(jìn)行了分析比較，在此基礎(chǔ)上，針對(duì)APF中只須檢測(cè)總的畸變電流，反向后注入系統(tǒng)，以抵消或補(bǔ)償系統(tǒng)中畸變電流，使電網(wǎng)僅提供基波有功電流這一工作特點(diǎn)，從保證APF能最有效地工作出發(fā)，綜合瞬時(shí)無功功率理論檢測(cè)法的快速性和閉環(huán)電路的魯棒性，提出了基于瞬時(shí)無功功率理論的閉環(huán)檢測(cè)方案。從諧波及無功電流開環(huán)、閉環(huán)檢測(cè)電路抽象出檢測(cè)電路的本質(zhì)（本文稱為統(tǒng)一模型），在此基礎(chǔ)上，給出了檢測(cè)電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，研究了檢測(cè)系統(tǒng)中等效低通濾波器的階數(shù)與截止頻率對(duì)檢測(cè)精度與快速性的影響，推導(dǎo)了統(tǒng)一模型下閉環(huán)檢測(cè)電路的實(shí)現(xiàn)。最后，通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。

1 基波幅值檢測(cè)原理

設(shè)單相電路中的電源電壓為

非線性負(fù)荷電流為

iL(t)=if(t)＋ih(t)=ifp(t)＋ifq(t)＋ih(t)

=ifp(t)＋ic(t) （2）

式中：if(t)為iL(t)的基波電流；

ih(t)為iL(t)中高次諧波電流；

ifp(t)，ifq(t)分別為基波電流的有功分量和無功分量；

ic(t)為要補(bǔ)償?shù)闹C波和無功電流之和，稱為畸變電流。

因?yàn)?，?fù)荷電流中的基波有功分量必定是一個(gè)初相角與電網(wǎng)電壓相同，角頻率為基波角頻率ω的正弦波，所以，我們可以設(shè)負(fù)荷電流的基波有功分量為

ifp(t)=Asint （3）

若能求出A的大小，則可由式（3）得出基波有功電流的表達(dá)式。為求出A的大小，先對(duì)非線性負(fù)荷電流進(jìn)行傅立葉分解，有

式中：m，n均為整數(shù)；

Am，φm，An，φn為各次電流的幅值和初相角。

從式（4）可以看出負(fù)荷電流的基波有功分量幅值為A1cosφ1，為分離此值對(duì)式(4)左右兩邊同乘以sinωt，得到Amsin(mωt＋φm)sinωt=A1cosφ1＋A1cosφ1sin＋A1sinφ1cos2ωt＋Am{cos〔(m－1)ωt＋φm〕－cos〔(m＋1)ωt＋φm〕}（5）從式(5)可以看出，我們已得出了負(fù)荷電流中基波有功分量幅值的一半值，也就是式中的A1cosφ1，我們?cè)侔汛酥禂U(kuò)大2倍，即得出電流基波有功分量幅值，也就得出了基波有功電流ifp(t)=A1cosφ1sinωt。因此，畸變電流為

ic(t)=iL(t)－ifp(t)=iL(t)－A1cosφ1sinωt （6）

這樣，即可實(shí)時(shí)檢測(cè)出畸變電流的大小。

圖1為根據(jù)以上分析所得出的電路設(shè)計(jì)的原理圖。該圖中ea為電源相電