畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電力系統(tǒng)的諧波

1、摘 要 近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中具有非線(xiàn)性、沖擊性和不平衡 用電特性的負(fù)荷不斷增加，產(chǎn)生大量諧波。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(hù)使用的安全性，因此電網(wǎng)諧波污染的治理越來(lái)越受到關(guān)注。 本文首先針對(duì)諧波問(wèn)題，敘述了諧波產(chǎn)生原因、危害等，并介紹了諧波抑 制方法。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(duì)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。其次，對(duì)有源電力濾波器的基本原理、分類(lèi)和基本組成 進(jìn)行了闡述。本文重點(diǎn)研究了諧波電流的檢測(cè)方法。 本文對(duì)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

2、適用 的范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。詳細(xì)介紹了瞬時(shí)基于無(wú)功功率理論的幾種諧波和無(wú)功電流檢 測(cè)方法：p-q 檢測(cè)法、檢測(cè)法和 dq0 檢測(cè)法，并分析了它們的檢測(cè)原理、 qp ii - 特點(diǎn)及使用局限性。 本文建立 matlab/simulink 的仿真模型，著重對(duì)基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論 的幾種諧波電流檢測(cè)方法：p-q 檢測(cè)法、檢測(cè)法分別進(jìn)行仿真，并對(duì)比仿 qp ii - 真結(jié)果，得出較好的諧波或無(wú)功電流檢測(cè)方案。針對(duì)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。 關(guān)鍵詞：有源電力濾波器，瞬時(shí)無(wú)功功率，電流檢測(cè)，仿真 abstract in recent years, with the

3、development of power grids, converters are to be a wide range of development and application. though its large-scale transformation of the energy and transport play a significant role, it also brought pollution to the power grid, resulting in a harmonic. these harmonics to the electrical equipment h

4、azards. for harmonic suppression and reactive power, power system applications of the filter. however, the shortcomings of passive power filter, active power filter has been a rapid development. harmonic suppression method of filtering technology are mainly passive and active power filter technology

5、. active power filter technology and passive power filter technology, with little effect by the grid impedance, dynamic compensation to the advantages of harmonic pollution in governance has played a leading role. active power filter of the study focused on the main circuit structure of the form (in

6、 series, parallel and series-parallel), harmonic current detection method and the compensation current control methods. this article focuses on the harmonic current detection method. this paper analyzes the emergence of power system harmonics and hazards, of power theory and the theory of instantane

7、ous power analysis, comparison, pointing out that their scope and the advantages and disadvantages. detailed information on the instantaneous reactive power theory based on the number of harmonics and reactive current detecting method, p-q detection method, detection method and qp ii dq0 detection a

8、nd analysis of their detection principle, characteristics and use limitation. matlab / simulink simulation model, focusing on instantaneous reactive power based on the theory of harmonic current detection method of p-q detection method and detection method simulations, were carried out and compared

9、the qp ii - experimental results, obtaining better harmonics or reactive current detection program. for different mutation load and load simulation experiments, the use of different methods to arrive at the conditions and optimal results. keywords: active power filter , instantaneous reactive power

10、, current detection , simulation 目 錄 摘 要 .i abstract .ii 第一章 緒論 .1 1.1 諧波的發(fā)展及現(xiàn)狀.1 1.2 電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生原因及其危害.2 1.2.1 諧波產(chǎn)生原因.2 1.2.2 電力系統(tǒng)諧波的危害及對(duì)電能計(jì)量的影響.3 第二章 諧波及有源電力濾波器 的基本概念及原理 .4 2.1 電力系統(tǒng)有關(guān)諧波的基本概念及含義.4 2.1.1 諧波的定義.5 2.1.2 諧波分析中的常用概念.5 2.2 有源電力濾波器技術(shù)的提出.6 2.2.1 無(wú)源電力濾波器.6 2.2.2 有源電力濾波器.7 2.3 有源電力濾波器的組成、原理和發(fā)展

11、趨勢(shì).7 2.3.1 有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.7 2.3.2 有源電力濾波器的分類(lèi).8 2.3.3 有源電力濾波器的發(fā)展趨勢(shì).9 2.4 有源電力濾波器的諧波電流檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展.10 第三章 無(wú)功功率理論 .12 3.1 平均功率理論.12 3.2坐標(biāo)系下瞬時(shí)無(wú)功理論.130 3.3 0dq坐標(biāo)系下瞬時(shí)無(wú)功理論.18 3.4 無(wú)功功率理論的對(duì)比研究.21 3.4.1 平均功率理論.21 3.4.2 瞬時(shí)功率理論.21 第四章 基于瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波電流檢測(cè)法.23 4.1 三相三線(xiàn)制電路.23 4.1.1檢測(cè)法.23qp - 4.1.2 ip-iq 檢測(cè)法.24 4.2 三相四線(xiàn)

12、制電路.25 4.2.1檢測(cè)法.25qp - 4.2.2 ip-iq檢測(cè)法.25 4.2.30dq檢測(cè)法.25 4.3 對(duì)比研究.26 4.3.1 電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)時(shí).26 4.3.2 電網(wǎng)電壓不對(duì)稱(chēng)時(shí).26 4.4 本章小結(jié).27 第五章 低通濾波器設(shè)計(jì) .28 5.1 檢測(cè)電路中低通濾波器.28 5.2 低通濾波器設(shè)計(jì)和分析.28 5.3 低通濾波器的選擇.29 第六章 基于瞬時(shí)無(wú)功理論的檢測(cè)系統(tǒng)仿真 .31 6.1 matlab/simulink仿真軟件簡(jiǎn)介.31 6.2 p-q檢測(cè)法的仿真.31 6.3 ip-iq檢測(cè)法的仿真.36 6.4 ip-iq檢測(cè)法電源突變的仿真.40 6.5 負(fù)

13、載改變的仿真.43 6.6 小結(jié).44 總 結(jié).45 參考文獻(xiàn) .46 致 謝.48 附 錄.49 第一章 緒論 1.1 諧波的發(fā)展及現(xiàn)狀 “諧波”一詞起源于聲學(xué)。有關(guān)諧波的數(shù)學(xué)分析在 18 世紀(jì)和 19 世紀(jì)已奠定 了良好的基礎(chǔ)。傅里葉等人提出的諧波分析方法至今仍在廣泛采用。 電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題早在 20 世紀(jì) 20 年代和 30 年代就引起了人們的關(guān)注。 當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜態(tài)汞弧而造成了電壓、電流波形的畸變。1945 年 j.c.read 發(fā)表的有關(guān)變流器諧波的論文是早期關(guān)于諧波研究的經(jīng)典論文。 到了 50 年代和 60 年代 e.w.kimbark 在其著作中對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。70 年

14、代 以來(lái)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。世界各國(guó)都對(duì)諧波 問(wèn)題給予充分關(guān)注，定期召開(kāi)有關(guān)諧波問(wèn)題的學(xué)術(shù)討論會(huì)。國(guó)際電工委員會(huì) （iec）和國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議都相繼組成了專(zhuān)門(mén)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)。 近年來(lái)，配電網(wǎng)中整流器、變頻調(diào)速裝置、電弧爐、電氣化鐵路以及各種 電力電子設(shè)備的應(yīng)用不斷增加。這些非線(xiàn)性、沖擊性和不平衡性的用電特性， 對(duì)供電質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。另一方面，現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)以及居民用戶(hù)的用電 設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求更加敏感，對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求。

15、隨著信息產(chǎn) 業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展以及傳統(tǒng)行業(yè)采用計(jì)算機(jī)管理及先進(jìn)控制技術(shù)的 應(yīng)用，現(xiàn)代數(shù)字信息對(duì)供電可靠性及個(gè)性化電能質(zhì)量需求有了更高的要求。這 意味著信息社會(huì)不僅依賴(lài)于電力供應(yīng)，而且更需要新的特殊的電力供應(yīng)。美國(guó) 電力研究院(epri)的 narain g.hingorani 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(jí)。這實(shí)質(zhì)上就是計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制 理論和電力電子技術(shù)應(yīng)用于配電系統(tǒng)，構(gòu)成能夠提供優(yōu)質(zhì)電力和其他不同質(zhì)量 的電力的配電系統(tǒng)以適應(yīng)不同電力用戶(hù)的不同要求。這是新一代柔性配電系統(tǒng) 的發(fā)展方向。柔性配電新技術(shù)將為在電力市場(chǎng)條件下的電力

16、用戶(hù)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(mén)帶來(lái)了可 觀的經(jīng)濟(jì)效益。僅依靠過(guò)去的無(wú)源濾波技術(shù)治理諧波已不能滿(mǎn)足要求，研究和 開(kāi)發(fā)適應(yīng)這一要求的新技術(shù)已成為近年來(lái)電力系統(tǒng)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。用戶(hù)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(hù)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。 1.2 電力系統(tǒng)諧波的產(chǎn)生原因及其危害 1.2.1 諧波產(chǎn)生原因 電力系統(tǒng)中的諧波主要是由各種變流設(shè)備以及其他非線(xiàn)性負(fù)載產(chǎn)生的。當(dāng) 正弦基波電壓(電源阻抗為零阻抗時(shí))施加于非線(xiàn)

17、性負(fù)載時(shí)，負(fù)載吸收的電流與 施加的電壓波形不同，畸變電流影響電流回路中的配電設(shè)施。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(duì)所有的負(fù)載產(chǎn)生影響。 系統(tǒng)中的主要諧波源可分為兩大類(lèi)：(1)含半導(dǎo)體非線(xiàn)性元件的諧波源； (2)含電弧和鐵磁非線(xiàn)性設(shè)備的諧波源。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(dòng)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。所有這些都使得電力系統(tǒng)的電壓， 電流波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生高次諧波。 1.2.2

18、電力系統(tǒng)諧波的危害及對(duì)電能計(jì)量的影響 1.2.2.1 諧波的危害 諧波是電網(wǎng)的公害，它的危害主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 1）諧波會(huì)使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)成附加諧波損耗, 降低了發(fā)電、輸電及用 電設(shè)備的使用效率。 2）諧波影響電氣設(shè)備的正常工作。諧波會(huì)增加電機(jī)的附加損耗, 產(chǎn)生機(jī)械 震動(dòng)和過(guò)電壓 , 諧波會(huì)使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱, 絕緣老化, 壽命縮短以至損壞。 3）諧波會(huì)引起電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振, 引起電網(wǎng)嚴(yán)重事故。 4）諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作,使電氣測(cè)量?jī)x表不準(zhǔn)確。 5）諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,輕者引起噪聲、降低通信質(zhì)量。 1.2.2.2 電力諧波對(duì)電能計(jì)量的影響 諧波

19、有功功率是由諧波源設(shè)備即上面提到的整流、換流等設(shè)備產(chǎn)生,其功率 來(lái)源是由產(chǎn)生諧波的設(shè)備在其工作過(guò)程中將電源基波部分功率轉(zhuǎn)變而成的。非 線(xiàn)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(hù)送入電網(wǎng)。對(duì)諧波源用戶(hù)而言, 其計(jì)量入口處的總有功將是基波有功和諧波 有功之代數(shù)和。 諧波無(wú)功又稱(chēng)非有功或畸變功率,其與基波無(wú)功的主要區(qū)別是：基波無(wú)功是 由同次無(wú)功電流和電壓產(chǎn)生,而諧波無(wú)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。非線(xiàn)性設(shè)備在其運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的 畸變功率, 從而導(dǎo)致非線(xiàn)性設(shè)備的真實(shí)功率因數(shù)低于位移因數(shù)的值。 現(xiàn)有的感應(yīng)式電度表基本設(shè)計(jì)原

20、理反映了同次電流、電壓形成的功率的大 小, 對(duì)畸變功率則無(wú)法正確反映。這就導(dǎo)致了在非線(xiàn)性負(fù)荷中用一般感應(yīng)式儀 表計(jì)量無(wú)功將產(chǎn)生較大的誤差 , 其統(tǒng)計(jì)的功率因數(shù)將會(huì)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。 鑒于諧波的諸多危害，以及諧波污染的日益嚴(yán)重，世界各國(guó)都對(duì)諧波問(wèn)題 非常重視，不少?lài)?guó)家制定了針對(duì)電力系統(tǒng)諧波和用電設(shè)備諧波的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。為 了保證我國(guó)的電能質(zhì)量，自 1990 年以來(lái)，我國(guó)相繼發(fā)布了多相電能質(zhì)量國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn).這些標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布為提高我國(guó)的電能質(zhì)量水平起到了很大的促進(jìn)作用。 第二章 諧波及有源電力濾波器 的基本概念及原理 2.1 電力系統(tǒng)諧波的

21、基本概念及含義 2.1.1 諧波的定義 在供電系統(tǒng)中，通常總是希望交流電壓和交流電流呈正弦波形。正弦電壓 可表示為 u(t)=usin() (2-1)2t 式中 u電壓有效值; 初相角; 角頻率, ; t 2 f2 f頻率: t周期。 正弦電壓施加在電阻、電感和電容這些線(xiàn)性無(wú)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。但當(dāng)正弦電壓施加在非線(xiàn) 性電路上時(shí)，電流就變?yōu)榉钦也?，非正弦電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會(huì)使 電壓波形也變?yōu)榉钦也?。?dāng)然，非正弦電壓施加在線(xiàn)性電路上時(shí)電流也是非 正弦波。對(duì)于周期為 t=的非正弦電壓 u()，一般滿(mǎn)足狄里赫利條件，可 2 t 分解為如

22、下形式的傅立葉級(jí)數(shù) u()= a0+ （2-t 1n )sincos(tbtna nn 2） 式中 ; )()(u 1 0 tdta ; )(cos)(u 1 ttdntan b =; n 1 )(sin)(uttdnt 或 u()= a0+ （2-t 1n )sin(c nn tn 3） 式中 c , , 和 a , b 的關(guān)系為 nn nn c = ； n 22 n a n b =arctg(); n n n b a a = c sin; nnn b = c cos； nnn 在式(2-2)或式(2-3)的傅立葉級(jí)數(shù)中，頻率為 1/t 的分量稱(chēng)為基波，頻率為 大于 1/t 的整數(shù)倍基波頻率

23、的分量稱(chēng)為諧波，諧波次數(shù)為諧波頻率和基波頻率 的整數(shù)比。國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量， 其頻率為基波頻率的整數(shù)倍” 。所以，諧波次數(shù)必須為整數(shù)。如:我國(guó)電力系統(tǒng) 的額定頻率為 50hz，則其基波為 50hz, 2 次諧波為 100hz,以此類(lèi)推。即諧波次 數(shù)為諧波頻率和基波頻率的整數(shù)比, 也可以分為奇次諧波和偶次諧波。 2.1.2 諧波分析中的常用概念 n 次諧波電壓含有率以 hru (harmonic ratio u )表示。 nn hru = （2- n %100 1 u un 4） 式中 u 第 n 次諧波電壓有效值； n u 基波電壓有效值； 1 n 次諧

24、波電流含有率以 hri 表示 。 n hri = （2- n %100 1 i in 5） 式中 i 第 n 次諧波電流有效值； n i 基波電流有效值； 1 諧波電壓含量 u和諧波電流含量 i 分別定義為: hh （2- 2 2 n nh uu 6） （2- 2 2 n nh ii 7） 電壓諧波總畸變率 tnd (total harmonic distortion)和電流諧波總畸變率 n thd 分別定義為: i thd = (2-8) n %100 1 u uh thd = （2- i %100 1 i ih 9） 以上介紹了諧波以及與諧波有關(guān)的基本概念?？梢钥闯觯C波是一個(gè)周期 電氣量

25、中頻率為大于 1 整數(shù)倍基波頻率的正弦波分量。 2.2 有源電力濾波器技術(shù)的提出 減少感性負(fù)載和非線(xiàn)性負(fù)載對(duì)市電電源的污染有兩個(gè)辦法：一是主動(dòng)型， 即對(duì)負(fù)載本身進(jìn)行改造；二是被動(dòng)型，即在電力系統(tǒng)中加裝無(wú)功與諧波電流補(bǔ) 償裝置，如無(wú)功功率補(bǔ)償器和濾波器。被動(dòng)型諧波抑制中安裝的電力濾波器又 分為無(wú)源濾波器和有源濾波器。 2.2.1 無(wú)源電力濾波器 無(wú)源濾波方案是目前采用較多的諧波抑制手段。無(wú)源電力濾波器 (passive power filter，簡(jiǎn)稱(chēng) ppf)由一組針對(duì)特定頻率的 lc 單調(diào)諧濾波器組成，既可以 補(bǔ)償諧波，又可以補(bǔ)償無(wú)功功率。它具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。 無(wú)源濾波方案

26、的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、可靠，但它存在如下缺點(diǎn)： (1) 濾波器的設(shè)計(jì)大多針對(duì)特定頻率的諧波，只能濾除特定次諧波； (2 )電網(wǎng)阻抗與 lc 可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振使該次諧波分量放大，降低電網(wǎng)質(zhì)量； (3) 電網(wǎng)阻抗與 lc 可能產(chǎn)生串聯(lián)諧振； (4)體積大、損耗大。 2.2.2 有源電力濾波器 為了解決無(wú)源濾波器的局限性，人們做了許多研究和探索其中有代表意義 的是有源電力濾波器技術(shù)的提出。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(guó)家成功研制并投入使用。1991 年，h.fujita 等人提出 了一種 apf 與 pf 串聯(lián)后再并入交流系統(tǒng)的 hapf。隨著現(xiàn)代控制理論和微處 理

27、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。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，有源電力濾波器技術(shù)已 取得了很大的進(jìn)步。與無(wú)源電力濾波器相比，有源電力濾波器具有以下優(yōu)點(diǎn)。 (1)對(duì)功率器件工作頻率以?xún)?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(huì)發(fā)生串/并聯(lián)諧振現(xiàn)象，且能有效抑制系統(tǒng)與無(wú)源濾波器間的諧振； (4)不存在過(guò)載現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)載諧波電流較大時(shí)，仍能繼續(xù)運(yùn)行。 2.3 有源電力濾波器的組成、原理和發(fā)展趨勢(shì) 2.3.1 有源電力濾波器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 有源電力濾波器 (apf)根據(jù)與補(bǔ)償對(duì)象連接的方

28、式的不同，可分為并聯(lián)型 和串聯(lián)型兩種，實(shí)際應(yīng)用中多為并聯(lián)型。下面以并聯(lián)型有源濾波器為例。圖 1- 1 所示為最基本的有源電力濾波器的原理框圖。有源電力濾波器系統(tǒng)由兩部分 組成，即指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路。其中，指令電流運(yùn)算電路的 核心是檢測(cè)出被補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波和無(wú)功等電流分量；補(bǔ)償電流發(fā)生電路 的作用是根據(jù)指令電流運(yùn)算電路得出補(bǔ)償電流的指令信號(hào)，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電 流。 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。 在電網(wǎng)向有源電力濾波器直流側(cè)充電時(shí)，它作為整流器工作。也就是說(shuō)，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(wú)法嚴(yán)格區(qū) 分。

29、 圖 2-1 所示為有源濾波器的基本工作原理：檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象的電壓和電流， 經(jīng)指令電流運(yùn)算單元計(jì)算得出補(bǔ)償電流的指令電流信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)補(bǔ)償電流發(fā) 負(fù)載 主 電 路 指令電流 運(yùn)算電路 驅(qū)動(dòng) 電路 電流跟蹤 控制電路 電源 s i s i l i c hpf rl i c* apf 圖 2-1 系統(tǒng)構(gòu)成原理圖 生電路放大，得出補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中要補(bǔ)償?shù)闹C波及無(wú)功等電 流抵消，最終得到期望的電源電流。 如果要求有源電力濾波器在補(bǔ)償諧波的同時(shí)，也補(bǔ)償無(wú)功功率，則需要 在補(bǔ)償電流的指令信號(hào)中增加與負(fù)載電流的基波無(wú)功分量反極性的成分即可。 這樣，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波及無(wú)功成分相互抵消。

30、2.3.2 有源電力濾波器的分類(lèi) 有源電力濾波器按照所使用的變流器類(lèi)型可分為：電流型有源濾波器 (csi)和 電壓型有源濾波器 (vsi )；按照與負(fù)載連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為：并聯(lián)型、串聯(lián) 型和串、并聯(lián)混合使用型；按照使用場(chǎng)合的電源相數(shù)可分為：?jiǎn)蜗唷⑷嗳€(xiàn) 和三相四線(xiàn)用有源電力濾波器等。 有 源 電 力 濾 波 器 交流apf 直流apf 串聯(lián)型 apf 并聯(lián)型 apf 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 2-2 有源電力濾波器的系統(tǒng)構(gòu)成分類(lèi) 下面根據(jù) apf 與負(fù)載連接的拓?fù)?/p>

31、結(jié)構(gòu)的分類(lèi)方式對(duì)有源電力濾波器的基本 原理作簡(jiǎn)單的介紹。 并聯(lián)型 apf 主要用于感性電流源型負(fù)載的諧波補(bǔ)償，目前技術(shù)上已相當(dāng)成 熟，投入運(yùn)行的 apf 多為此方案。而對(duì)于串聯(lián)型 apf 來(lái)說(shuō)，通過(guò)變壓器串聯(lián) 在電源與負(fù)載間，可等效為一受控電壓源，主要用于消除帶電容的二極管整流 電路等電壓諧波源負(fù)載對(duì)系統(tǒng)的影響。此外，還有串-并聯(lián)型 apf，其兼有串、 并聯(lián)型 apf 的功能，具有較高性?xún)r(jià)比。值得關(guān)注的是并聯(lián)型 apf 與 lc 并聯(lián)結(jié) 構(gòu)，這是有源電力濾波器中最基本的形式，也是目前應(yīng)用最多的一種。 2.3.3 有源電力濾波器的發(fā)展趨勢(shì) 作為改善和提高電能質(zhì)量的主要措施之一，有源電力濾波器技術(shù)

32、近年來(lái)取 得了大的發(fā)展。具體表現(xiàn)在電能質(zhì)量問(wèn)題得到了政府和相關(guān)部門(mén)的高度重視； 功率開(kāi)器件的性?xún)r(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。 關(guān)于有源電力濾波器技術(shù)的研究目前主要集中在以下幾個(gè)方面： (1)諧波處理理論的進(jìn)一步研究；(2)進(jìn)一步降低補(bǔ)償裝置相對(duì)于負(fù)載 (諧波 源)裝置的容量；(3)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步簡(jiǎn)化；(4)補(bǔ)償裝置的多功能化。 我國(guó)在有源電力濾波器的研究方面起步較晚，進(jìn)入 90 年代，國(guó)內(nèi)的多所 高校和研究機(jī)構(gòu)才加入到了有源濾波器的研究中來(lái)，當(dāng)時(shí)的工作主要以理論研 究和實(shí)驗(yàn)為主。但在對(duì)國(guó)外研究成果進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上，我國(guó)的有源濾波 器的理

33、論研究己經(jīng)達(dá)到或者接近國(guó)際先進(jìn)水平。但總的來(lái)說(shuō)，由于受各種條件 限制，我國(guó)有源電力濾波器的實(shí)際應(yīng)用水平不高，范圍不大。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。 2.4 有源電力濾波器的諧波電流檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展 有源電力濾波器技術(shù)包含著三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即功率器件制造技術(shù)、諧波電 流檢測(cè)技術(shù)和電流控制技術(shù)。三大技術(shù)的發(fā)展決定著 apf 技術(shù)的發(fā)展。 下面我們就來(lái)看一下最基本的集中檢測(cè)的方法。 (1)用模擬帶通濾波器檢測(cè)的方法。 該方法使用模擬濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)諧波電流檢測(cè)。該檢測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，造價(jià)低，輸出阻抗低，品質(zhì)因素易于控制由于濾波器中心頻率固定，當(dāng) 電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，濾波效果

34、會(huì)大大下降。這種方法多用于補(bǔ)償效果要求不高的 場(chǎng)合，它不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的需要。 (2)基于 fryze 功率定義的檢測(cè)方法 其原理是將負(fù)載電流分解為與電壓波形一致的分量，將其余分量作為廣義 無(wú)功電流 (包括諧波電流)。它的缺點(diǎn)是：因?yàn)?fryze 功率定義是建立在平均功 率基礎(chǔ)上的，所以要求得瞬時(shí)有功電流需要進(jìn)行一個(gè)周期的積分，再加其它運(yùn) 算電路，要有幾個(gè)周期延時(shí)。因此，用這種方法求得的 “瞬時(shí)有功電流”實(shí) 際是幾個(gè)周期前的電流值。這對(duì)有源電力濾波器控制是一個(gè)難以接受的缺陷。 (3)基于頻域分析的 fft 檢測(cè)法 該方法的基礎(chǔ)是傅立葉級(jí)數(shù)分析，將檢測(cè)到的畸變電流 (或電壓)進(jìn)行傅立 葉變換

35、但這種方法也不能同時(shí)分離出無(wú)功電流和諧波電流。當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變 換，分解為高次諧波代數(shù)和的形式，再將其合成為總的補(bǔ)償電流。此方法的優(yōu) 點(diǎn)是檢測(cè)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。 (4)基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流檢測(cè)法 1983 年，日本學(xué)者赤木泰文等人提出了瞬時(shí)無(wú)功功率理論，利用此理論， 先檢測(cè)出三相電壓與負(fù)載電流并變換到坐標(biāo)系下，再計(jì)算出畸變電流的瞬0 時(shí)有功功率和瞬無(wú)功功率，濾去基波分量后得到高次諧波瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí) 無(wú)功功率，然后從中取出補(bǔ)償電流，最后將它們變換到坐標(biāo)下即得到了所abc 需補(bǔ)償?shù)闹C波電流。此方法是目前 apf 中應(yīng)用最廣泛的一種

36、檢測(cè)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(huì)過(guò)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。 (5)基于小波變換理論的諧波電流檢測(cè)法。 由于小波分析克服了傅立葉分析在頻域完全局部化而在時(shí)域完全無(wú)局部性 的缺點(diǎn)，即它在頻域和時(shí)域同時(shí)具有局部性，因此人們將小波變換理論應(yīng)用到 諧波檢測(cè)。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(guò)于復(fù)雜，不容易得到推廣使用。所以目前使用較多的是基于瞬時(shí)無(wú)功理 論的電流檢測(cè)方法。 第三章 無(wú)功功率理論 3.1 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

37、壓和基波正弦電流 信號(hào)的基礎(chǔ)上。 設(shè)電網(wǎng)電壓為： (3-1)wtvwtvv ms sin2sin 負(fù)載電流為： (3-2) sincos2cossin2 )sin(2)sin(i wtiwti wtiwti ll lml 則系統(tǒng)吸收的瞬時(shí)功率定義為： (3-3) lsi vp 將式（3-1）和式（3-2）代入式（3-3）中可以得到： (3-4) wtqwtpp wtviwtvip ll 2sin2cos 2sinsin)2cos1 (cos 其中定義為系統(tǒng)吸收的平均功率： _ p (3-5)cos 1 0 l t vidtp t p p 定義為系統(tǒng)的有功功率： (3-6)cos l vip q

38、 定義為系統(tǒng)的無(wú)功功率： (3-7)sin l viq s 定義為系統(tǒng)的視在功率： (3-8) l viqps 22 定義為系統(tǒng)的功率因數(shù)： (3-9)cossp/cos 式（3-2）中與 p 對(duì)應(yīng)的電流分量定義為有功電流分量： (3-10)wtilsincos2ilp 與 q 對(duì)應(yīng)的電流分量定義為無(wú)功電流分量： (3-11)wtii llq cossin2 3.2 0 坐標(biāo)系下瞬時(shí)無(wú)功理論 該理論突破了傳統(tǒng)的以平均值為基礎(chǔ)的功率定義，系統(tǒng)地定義了瞬時(shí)無(wú)功 功率、瞬時(shí)有功功率等瞬時(shí)功率量。以該理論為基礎(chǔ)，可以得出實(shí)用的有源濾 波器的諧波和無(wú)功電流的實(shí)時(shí)檢測(cè)方法。 變換是由電機(jī)雙反應(yīng)原理衍變的變

39、換，其變換后的參考坐標(biāo)仍置于電 機(jī)定子側(cè)，abc 三相正弦電流經(jīng)變換后，在兩相繞組上呈現(xiàn)為兩相交流 電。 變換的公式為： (3-12) c b a c b a e e e e e i i i i i 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 記 2 3 2 3 0 2 1 2 1 1 3 2 32 c 在圖 3-2 所示的平面上，相量，和，分別可以合成為（旋轉(zhuǎn)）- e e i i 電壓相量 e 和電流相量 i： （3- e eeee 13） （3- i iiii 14） 式中，e，i 分別為相量 e，i 的模，分別為相量 e，i 的幅角。

40、e i 定義 1： 三相電路瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流分別定義為相量 i 在 p i q i 相量 e 及其法線(xiàn)上的投影，即 （3-cosiip 15） siniiq （3- 16） 式中，。平面中的和，如圖 3-2 所示。 ie - p i q i e b c q(q) a e p e q i p i q i i i i . u . i e 圖3-2 坐標(biāo)中的電壓和電流相量- 定義 2： 三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率 q（瞬時(shí)有功功率 p）為電壓相量 e 的模 和三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流(三相電路瞬時(shí)有功電流)的乘積，即 q i p i （3- p eip 17） （3- q eiq 18） 把式（3-

41、15），式（3-16）及代入式（3-17）、式（3-18）中， ie 并寫(xiě)成矩陣形式得出： （3- i i c i i ee ee q p pq 19） 式中 ee ee cpq 將式（3-12）代入上式，可以得出 p,q 對(duì)于三相電壓、電流的表達(dá)式： （3- ccbbaa ieieiep 20） （3- cbabacacb ieeieeieeq 3 1 21） 由式（3-20）可知，三相電路的瞬時(shí)有功功率就是三相電路的瞬時(shí)功率。 定義 3： 相的瞬時(shí)無(wú)功電流，（瞬時(shí)有功電流，）分別- q i q i p i p i 為三相電路瞬時(shí)無(wú)功電流（瞬時(shí)有功電流）在軸上的投影，即 q i p i （3

42、-p ee e i e e ii pepp 22 cos 22） （3-p ee e i e e ii pepp 22 sin 23） （3-q ee e i e e ii qeqq 22 sin 24） （3-q ee e i e e ii qeqq 22 cos 25） 圖 3-2 中給出了，。 q i q i p i p i 從定義 3 可以得到以下性質(zhì)： （1） （3- 222 ppp iii 26） （3- 222 qqq iii 27） （2） （3- iii qp 28） （3- iii pp 29） 上述性質(zhì)（1）（2）是由軸和軸正交而產(chǎn)生的。 也可以把某一相的瞬時(shí)有功電流和瞬

43、時(shí)無(wú)功電流分別為該相瞬時(shí)電流的有 功分量和無(wú)功分量。 定義 4： ，相的瞬時(shí)無(wú)功功率，（瞬時(shí)有功功率，）分 q q p p 別為該相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)無(wú)功電流（瞬時(shí)有功電流）的乘積，即 （3-p ee e iep p 22 2 30） （3-p ee e iep p 22 2 31） （3-q ee ee ieq q 22 32） （3-q ee ee ieq q 22 33） 從定義 4 可以得到以下性質(zhì)： （1） （3-ppp 34） （2） （3-0 qq 35） 定義 5： 三相電路各相的無(wú)功電流，（瞬時(shí)有功電流， aq i bq i cq i ap i ，）是，兩相瞬時(shí)無(wú)功電流，（瞬時(shí)有

44、功電流，）通過(guò)兩 bp i cp i q i q i p i p i 相到三相變換所得到的結(jié)果，即 （3- p p cp bp ap i i c i i i 23 36） （3- q q cq bq aq i i c i i i 23 37） 式中，。 t cc 3223 將式（3-223-25）代入式（3-36）、式（3-37）中，得到 （3- a p ei aap 3 38） （3- a p ei bbp 3 39） （3- a p ei ccp 3 40） （3- a q eei cbaq )(3 41） （3- a q eei acbq )(3 42） （3- a q eei bacq

45、 )(3 43） 式中 )(2 )()()( 222 222 accbbacba accbba eeeeeeeee eeeeeea 從以上各式可以得到以下性質(zhì)： （1） （3-0 cpbpap iii 44） （3-0 cqbqaq iii 45） （2） （3- aaqap iii 46） （3- bbqbp iii 47） （3- ccqcp iii 48） 上述兩個(gè)性質(zhì)分別和定義 3 的性質(zhì)（1）、（2）相對(duì)應(yīng)。定義 3 的性質(zhì) （1）（2）反應(yīng)了相和相的正交性，而這里的性質(zhì)（1）、（2）則反應(yīng)了 a，b，c 三相的對(duì)稱(chēng)性。 定義 6：a，b，c 各相的瞬時(shí)無(wú)功功率，（瞬時(shí)有功功率， a

46、 q b q c q a p ，）分別為該相瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)無(wú)功電流（瞬時(shí)有功電流）的乘積，即 b p c p （3- a p eiep aapaa 2 3 49） （3- a p eiep bbpbb 2 3 50） （3- a p eiep ccpcc 2 3 51） （3- a q eeeieq cbaaqaa )( 52） （3- a q eeeieq acbbqbb )( 53） （3- a q eeeieq baccqcc )( 54） 定義 6 也有和定義 4 類(lèi)似的性質(zhì)： （1） （3-pppp cba 55） （2） （3-0 cba qqq 56） 3.3 坐標(biāo)系下瞬時(shí)無(wú)功理

47、論0dq 坐標(biāo)系下的瞬時(shí)無(wú)功功率理論是在三相對(duì)稱(chēng)正弦電壓和對(duì)稱(chēng)負(fù)載電流0 的條件下提出的，所定義的各物理量有其明確的物理意義。但在三相電壓畸變 或負(fù)載電流不對(duì)稱(chēng)情況下，該定義中的各個(gè)物理量不再有明確的物理意義，按 照該定義也不能實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)無(wú)功電流和諧波電流的完全補(bǔ)償。坐標(biāo)系與abc 坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系用正交的變換矩陣來(lái)表示：0dqpark 0dq c (3-63) 2 2 2 2 2 2 3 2 sin 3 2 sinsin 3 2 cos 3 2 coscos 3 2 0 wtwtwt wtwtwt cdq 由于是正交矩陣，有，所以其逆矩陣為： 0dq c t dqdq cc 0 1 0 (

48、3-64) 2 2 3 2 sin 3 2 cos 2 2 3 2 sin 3 2 cos 2 2 sincos 3 2 1 0 wtwt wtwt wtwt cdq 0dq 坐標(biāo)系表示的電壓、電流與以abc坐標(biāo)系表示的電壓、電流之間的變 換關(guān)系如下： (3-65) c b a dqq d v v v c v v v 0 0 (3-66) 0 1 0 v v v c v v v q d dq c b a (3-67) 0 1 00 0 i i i c i i i i i i c i i i q d dq c b a c b a dqq d ， 三相瞬時(shí)功率為： (3-68) 00000 ppp

49、ivivivivivp qdqqdddq t dqabc t abc 式中， 為軸瞬時(shí)功率； ddd ivp d 為 q 軸瞬時(shí)功率； qqq ivp 為 0 軸瞬時(shí)功率； 000 ivp 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 (3-69)pp 令 (3-70) 2 0 22 vvva qd 對(duì)任意三相系統(tǒng)，一般有： (3-71)aaa 式中 : 表示該變量的恒定分量即平均值，表示該變量在一個(gè)周期內(nèi)aa 平均值為零的交變分量。 將坐標(biāo)系下的電流向量分解為兩個(gè)相互正交的兩個(gè)分量：0dq 0dq i (3-72) qp q qq dq p qp dp q d dq ii i i i

50、 i i i i i i i 000 0 可見(jiàn)坐標(biāo)系下瞬時(shí)有功電流為：0dq (3-73) 00 v v v a p i i i i q d p qp dp p 坐標(biāo)系下瞬時(shí)無(wú)功電流為：0dq (3-74) 00000 i i i a p i i i i i i i i i i i i i q d q d p qp dp q d q qq dq q 坐標(biāo)系下的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流經(jīng)過(guò)反變換就可獲得0dqpark 三相系統(tǒng)的瞬時(shí)有功電流和瞬時(shí)無(wú)功電流。abc (3-75) p qp dp dq cp bp ap p i i i i i i i 0 1 0 c (3-76) q qq dq

51、dq cq bq aq q i i i c i i i i 0 1 0 坐標(biāo)系下的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率分別定義為：0dq (3-77) 2 0 2 2 000 v v v a p iv iv iv p p p q d p qpq dpd p qp dp 式中，為軸瞬時(shí)有功功率； 2 ddpddp v a p ivpd 為軸瞬時(shí)有功功率； 2 qqpqqp v a p ivpq 為 0 軸瞬時(shí)有功功率； 2 0000 v a p ivp pp 0 2 2 2 0000 v v v a p p p p iv iv iv p p p q d q d q qpq dqd q qq dq (3-7

52、8) 式中， 為軸瞬時(shí)無(wú)功功率； 2 dddpddddqddq v a p pivivivpd 為軸瞬時(shí)無(wú)功功率； 2 qqqpqqqqqqqq v a p pivivivpq 為 0 軸瞬時(shí)無(wú)功功率； 2 00000000 v a p pivivivp pqq 3.4 無(wú)功功率理論的對(duì)比研究 3.4.1 平均功率理論 傳統(tǒng)的無(wú)功功率概念只適宜于解釋正弦交流電路中的現(xiàn)象，而考慮了電壓、 電流畸變所使用的廣義無(wú)功功率概念，雖然使得非正弦電路中的無(wú)功現(xiàn)象獲得 較圓滿(mǎn)的解釋?zhuān)骄β世碚撝袑?duì)無(wú)功的定義都是針對(duì)單相電路而言的。 3.4.2 瞬時(shí)功率理論 瞬時(shí)功率理論中瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率定義在時(shí)間

53、域，這些定義己0 經(jīng)應(yīng)用于三相三線(xiàn)(四線(xiàn))制系統(tǒng)中的諧波/無(wú)功電流控制。在三相四線(xiàn)制系統(tǒng)中， 瞬時(shí)功率理論表明瞬時(shí)有功功率和無(wú)功功率是與瞬時(shí)有功電流和無(wú)功電流0 聯(lián)系在一起的，但是瞬時(shí)功率的數(shù)學(xué)表達(dá)式并不滿(mǎn)足能量守恒。 (1) 瞬時(shí)功率理論0 這種理論將坐標(biāo)系中的電壓和電流轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)系中。0 軸和零序abc0 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)。 在平面中的瞬時(shí)有功功率和瞬時(shí)無(wú)功功率分別由軸和軸的電壓 p q 電流的點(diǎn)乘積與叉乘積構(gòu)成，并且瞬時(shí)有功功率由零序電壓分量和零序電 0 p 0 v 流分量乘積定義。由于瞬時(shí)視在功率(電流電壓空間矢量的幅值乘積)不等于 0 i

54、 所有瞬時(shí)功率的數(shù)值和，因此，在三相四線(xiàn)制系統(tǒng)中，瞬時(shí)無(wú)功功率理論0 不滿(mǎn)足能量守恒。 雖然三個(gè)瞬時(shí)功率和能夠進(jìn)行獨(dú)立補(bǔ)償，但在瞬時(shí)功率理論 0 p q p0 中，瞬時(shí)有功功率和是互相影響的。當(dāng)補(bǔ)償電路中沒(méi)有儲(chǔ)能元件時(shí)，通 0 p p 過(guò)補(bǔ)償 0 軸瞬時(shí)有功功率消除中性線(xiàn)電流時(shí)，需要調(diào)整瞬時(shí)有功功率使 0 p p 值保持常量。由于這個(gè)原因，電路中的有功功率的改變會(huì)導(dǎo)致 pp 0 p 三相線(xiàn)電流發(fā)生畸變。 (2)瞬時(shí)功率理論0dq 基于坐標(biāo)變換的傳統(tǒng)瞬時(shí)無(wú)功功率理論的局限性提出的功率理論能適0dq 用于任意非正弦、非對(duì)稱(chēng)的三相電路，用于各種電流分量的測(cè)量及補(bǔ)償方法， 該方案可用于實(shí)際的廣義瞬時(shí)無(wú)

55、功電流補(bǔ)償裝置的研制。當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)負(fù)載的功 率波動(dòng)很大時(shí)，采用基于坐標(biāo)變換的瞬時(shí)無(wú)功功率定義；當(dāng)三相不對(duì)稱(chēng)負(fù)0 載功率波動(dòng)很大時(shí)，采用基于坐標(biāo)變換的瞬時(shí)無(wú)功功率定義。0dq 第四章 基于瞬時(shí)無(wú)功理論的諧波電流檢測(cè) 法 4.1 三相三線(xiàn)制電路 4.1.1 檢測(cè)法qp - 該檢測(cè)方法原理如圖4-1所示。 lpf lpf 32 c 23 c 32 c pq c 1 pq c a e b e c e e e a i b i c i i i p q p q f i f i af i bf i cf i ah i bh i ch i 圖4-1 檢測(cè)法原理圖qp - 圖中如式（3-12） 、 （3-19）所示

56、： pq cc32 為的逆矩陣， ， 2 3 2 1 2 3 2 1 01 3 2 23 c 32 c ee ee cpq 為的逆矩陣。 2222 2222 1 ee e ee e ee e ee e cpq pq c 該方法根據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論算出，經(jīng)低通濾波器(lpf)得的直qp、qp、 流分量。在電網(wǎng)電壓無(wú)畸變的情況下，由負(fù)載電流中的基波正序有功電qp、p 流與電壓作用所產(chǎn)生，由負(fù)載電流中的基波無(wú)功電流與電壓作用所產(chǎn)生。于q 是可計(jì)算出負(fù)載電流的基波分量： (4-1) q p cc i i i pq cf bf af 1 23 將與相減，即可得到需要檢測(cè)的諧波電流 cfbfaf iii、

57、 cba iii、 。當(dāng)需要檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，只需要斷開(kāi)圖 4-1 中計(jì)算 q 的通道即可。 chbhah iii、 4.1.2 ip-iq檢測(cè)法 檢測(cè)法是由檢測(cè)法派生出來(lái)的一種基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波、 qp ii -qp - 無(wú)功和負(fù)序電流檢測(cè)方法。該檢測(cè)法的原理如圖4-2所示。 圖 4-2 -法原理圖 p i q i 圖中， (4-2) wtwt wtwt c sincos cossin 按照?qǐng)D 4-2 可以計(jì)算出，經(jīng)低通濾波器（lpf）濾波得出的直 qp ii 、 qp ii 、 流成分。按下式計(jì)算出負(fù)載電流的基波分量。 qp ii 、 (4-3) q p pq cf bf af i

58、i cc i i i 1 23 將相減，即可得到需要檢測(cè)的的諧波電流 cbacfbfaf iiiiii、與、 cba iii、 。當(dāng)需要檢測(cè)無(wú)功電流時(shí)，只需斷開(kāi)圖 4-2 中計(jì)算的通道。 chbhah iii、 q i 4.2 三相四線(xiàn)制電路 4.2.1 檢測(cè)法qp - 對(duì)于三相四線(xiàn)制系統(tǒng)，基于瞬時(shí)功率理論的檢測(cè)方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，0pq 通常是把三相四線(xiàn)制電路轉(zhuǎn)換為三相三線(xiàn)制電路，再進(jìn)行諧波檢測(cè)。具體方法 是：首先利用公式計(jì)算出零序電流分量，再用三相電流3/ )( 0cba iiii 0 i 減去零序電流分量，得到滿(mǎn)足的電流最后對(duì) cba iii、0 cba iii cba iii、 用方法檢

59、測(cè)出基波電流，將原電流減去該基波電流即得到要檢測(cè)的 cba iii、pq 諧波電流。 4.2.2 ip-iq檢測(cè)法 類(lèi)似于 p-q 檢測(cè)方法，三相四線(xiàn)制電路中檢測(cè)方法的檢測(cè)原理如圖 4- qp ii - 3 所示。圖中同時(shí)算出的零線(xiàn)電流反極性后作為零線(xiàn)補(bǔ)償電流的指令信號(hào)。 lpf lpf p q f i f i i i p i q i af i cf i bf i - - - + + ch i bh i ah i a i a e c c t c t t cos sin ppl c c i b i a i c i b i 零線(xiàn) 電流 分離 -1 0 i 圖4-3 三相四線(xiàn)制法原理圖 qp ii

60、- 4.2.3 檢測(cè)法0dq 檢測(cè)法原理如圖4-4所示。圖中的如式(3-63). (3-64)所示。0dq t ppc c k lpf lpf - - - + + + a i b i c i 變 換 0 dq 0 dq 反 變 換 d i q i 0 i 0 i df i qf i af i bf i cf i ah i ch i bh i 圖4-4 三相四線(xiàn)制電路的檢測(cè)方法的原理框圖0dq 4.3 對(duì)比研究 4.3.1 電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)時(shí) 檢測(cè)方法參與運(yùn)算的是三相瞬時(shí)相電壓和三相瞬時(shí)線(xiàn)電流，而qp - 檢測(cè)方法參與運(yùn)算的不是三相瞬時(shí)相電壓本身，而是與它們同步的三相 qp ii 對(duì)稱(chēng)單位正弦量和余