基于瞬时无功理论的瞬时谐波电流检测误差与消除对策

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1、基于瞬时无功理论的瞬时谐波电流检测误差与消除对策余健明　同向前摘要　简要回顾了基于瞬时无功理论的瞬时谐波电流检测方法，分析了在实际工况下导致谐波电流检测误差的因素，最后针对不同补偿对象提出了相应的检测误差消除对策。关键词　有源电力滤波器　谐波　检测误差中图法分类号　TM714TheDetectingErrorofInstaneousHarmonicCurrentBasedonp-qTheoryandItsEliminativeCountermeasuresYuJianming　TongXiangqi

2、anXi’anUniversityofTechnology,Xi’an710048Abstract　Inthispaperthedetectingmethodofinstaneousharmoniccurrentisreviewedbasedonthep-qtheory.Thefactorscausingthedetectingerrorsatactualworkingconditionsareanalysed;andtheeliminativecountermeasuresarepresented

3、withthepurposestocompensatedifferentobjects.Keywords　activepowerfilter　harmonic　detectingerror　　随着大容量电力电子装置等非线性用电设备的广泛使用，电力系统谐波问题日益严重，深入研究谐波抑制方法和装置意义重大。目前，谐波抑制装置主要为由RLC组成的无源电力滤波器，因其滤波效果依赖于系统电气参数和谐波源参数的准确估计，而这些参数往往多变，因而滤波效果欠佳，甚至可能引起谐波放大。随着电力电子技术的发展，由电力电

4、子装置构成的有源电力滤波器日益受到重视。作为有源电力滤波器的一个关键组成部分，瞬时谐波电流检测单元的检测精度对滤波效果有着决定性的影响。　　自三相瞬时功率理论提出以来，基于该理论的瞬时谐波电流检测方法得到普遍重视和应用。然而，这种方法的检测精度在很大程度上受到实际工况中多种因素的影响。本文通过理论分析，着重讨论了影响检测精度的各种因素，并针对不同对象提出了相应的消除对策。1　瞬时谐波电流检测原理　　对于三相交流系统，当负载端电压和负载电流满足以下条件：　　　　(1)　　　　(2)可用三相/二相变换将

5、ABC三相交流量变换到正交的α-β坐标上，如式(3)(4)所示：　　　　(3)　　　　(4)或通过二相/三相反变换将正交的α-β量变换成三相交流量，如式(5)(6)所示：　　　　(5)　　　　(6)在以下分析中，将转换矩阵简记如下：　　依据正交的α-β变量，三相瞬时实功率p和瞬时虚功率q定义如下：　　　　(7)　　对三相平衡的正弦系统而言，瞬时实功率p和瞬时虚功率q为基波电压与基波电流的乘积，两者均为恒定的直流量。其中，p值等于负载有功功率P，q值等于无功功率Q。当系统供电给谐波源负载时，负载电流中

6、含有高次谐波，经过上述运算后，p和q中除基波直流分量(记作和)外，还含有交流分量(记作和)。交流分量为电源电压与负载谐波电流ih的乘积，即　　　　(8)于是　　　　　(9)　　　　(10)图1　瞬时谐波电流检测原理示意图式(9)(10)表明，只要用高通滤波器从p和q中分离出交流成分和，就可通过图1所示运算电路求出三相瞬时谐波电流。　　采用上述方法准确检测瞬时谐波电流必须满足下列条件：(1)和必须包含各次谐波电流的全部成分，即正序、负序和零序分量；(2)和仅是基波电压和基波电流的乘积，不包含谐波功率成

7、分；(3)和仅是高次谐波电流和基波电压的乘积，不包含基波电流与各次电压的乘积项。在实际工况下，上述三个条件往往难以完全得到满足，因而产生了种种检测误差。2　导致检测误差的因素分析2.1　因素之一——零序谐波电流的存在　　三相四线制系统中三相不平衡将导致三相电流之和不为零。按对称分量法，三相负荷电流分解为正序、负序和零序三种对称分量之和，即　　　　(11)式中，正序分量三相幅值相等，相位按A、B、C依次滞后120°；负序分量三相幅值相等，相位按A、C、B依次滞后120°；零序分量在幅值和相位上均相同，

8、即　　　　(12)将式(11)代入式(4)可得　　　　(13)根据式(12)，显然最后一项为零，于是　　　　(14)可见，零序分量并不反映到正交的α-β坐标中，和中必然不包含负载谐波电流中的零序分量，由此产生了零序谐波泄露误差。　　我国低压电网采用三相四线制，由于单相负荷的不平衡分配，零序电流必然存在，加之低压电网低次谐波含量大，用该方法检测电网中的谐波电流必将产生零序泄露误差。但是，作为低压系统中三相三线制接法的单个谐波源负载的谐波电流检测，则不存在此类误差。2.2