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 TongXiangqianXi’anUniversityofTechnology

2、,Xi’an710048Abstract Inthispaperthedetectingmethodofinstaneousharmoniccurrentisreviewedbasedonthep-qtheory.Thefactorscausingthedetectingerrorsatactualworkingconditionsareanalysed;andtheeliminativecountermeasuresarepresentedwiththepurposestocompensatedifferentobjects.Keywords activ

3、epowerfilter 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

4、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:

5、  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

6、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    

7、(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,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

8、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

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