三相四線制有源電力濾波器檢測技術(shù)的研究_圖文

1、山東大學(xué)碩士學(xué)位論文三相四線制有源電力濾波器檢測技術(shù)的研究姓名：王曉燕申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：電力電子與電力傳動指導(dǎo)教師：楊志堅20070415原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名：互盟噬期：絲嬰。壘查關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的印刷件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部

2、分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名：燃導(dǎo)師簽名：藝凈名霉日期：刪山東大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要非線性負(fù)載會導(dǎo)致電力線路中出現(xiàn)諧波，功率因數(shù)降低，因此，由電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用而引發(fā)的電能質(zhì)量問題受到越來越多地關(guān)注。諧波電流和無功功率是危及電網(wǎng)安全運(yùn)行的兩大因素。系統(tǒng)無功會增加輸電網(wǎng)及配電網(wǎng)的線路損耗，增加設(shè)備容量；諧波電流會增加用電設(shè)備損耗，甚至損壞用電設(shè)備，并帶來多種不利的信號干擾。并聯(lián)有源電力濾波器（）是一種解決電能質(zhì)量問題的有效方法，因?yàn)樗芡窖a(bǔ)償電路中的諧波電流及無功功率。在設(shè)計并聯(lián)有源電力濾

3、波器時，參考電流的生成是非常關(guān)鍵的，它決定了注入公共接點(diǎn)的實(shí)際電流的精度。我們常用瞬時無功理論（法）來計算的參考電流。該法由日本學(xué)者在年提出。根據(jù)該理論，三相三線系統(tǒng)中的電壓、電流被變換到相互垂直的坐標(biāo)系中，并在坐標(biāo)系中計算瞬時的有功及無功功率。盡管瞬時無功理論有其理論局限，譬如它只能應(yīng)用于不含零序電流、電壓的三相系統(tǒng)，但它的提出引發(fā)了一系列基于瞬時無功理論的新方法，有助于我們認(rèn)識理解。由、提出的坐標(biāo)下的瞬時功率定義和由、提出的功率理論考慮了零序分量。很明顯，零序電流、電壓能產(chǎn)生有功，但是否產(chǎn)生無功是這兩種理論的主要分歧。認(rèn)為軸與、且坐標(biāo)軸地位等價，有功功率與無功功率分別為、軸電流和電壓分量的

4、點(diǎn)乘積與叉乘積。而和則認(rèn)為軸與、軸是相互獨(dú)立的，零序分量僅產(chǎn)生有功功率。這兩種定義方法的共同缺點(diǎn)是它們均不能與單相功率理論相統(tǒng)一。年，韓國學(xué)者提出了一種新的三相系統(tǒng)功率補(bǔ)償方法，被稱為法。該法先將坐標(biāo)下的電流、電壓轉(zhuǎn)換到坐標(biāo)下，再通過旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)得到坐標(biāo)下的電流、電壓形式。由于是沿電壓軸旋轉(zhuǎn)，因此，最終僅有一個電壓分量口不為零，另兩個分量都等于零。由于有功功率和無功功率分別定義為電壓與電流的點(diǎn)乘積與叉乘積，因此存在一個瞬時有功功率與兩個瞬時無功功率和。在該方法中，有功功率和無功功率都定義在含零序分量的三相四線制系統(tǒng)中。雖然計算復(fù)雜，但其定義可以認(rèn)為山東大學(xué)碩士學(xué)位論文是單相功率理論的延伸。正交坐標(biāo)

5、法中的功率定義可與單相功率理論相統(tǒng)一，且其計算簡便。該法在坐標(biāo)系下給出功率定義，有功功率為電壓、電流信號的點(diǎn)乘積，無功功率為電壓、電流的叉乘積。該方法中，有功和無功的物理意義與法相同，符合我們對功率定義的一般理解。傳統(tǒng)的正交坐標(biāo)法不能濾除零序電壓的干擾，本文給出一種新的正交坐標(biāo)法，此方法在電壓及電流中含有零序分量時，也可以補(bǔ)償無功、抑制諧波。關(guān)鍵詞諧波電流，瞬時無功理論，功率理論，法，正交坐標(biāo)法山東大學(xué)碩士學(xué)位論文：，（），（），州，加，“柚啪，（，一，山東大學(xué)碩士學(xué)位論文二，體，一一符號說明山東大學(xué)碩士學(xué)位論文吒交流電源屯負(fù)載電流補(bǔ)償參考電流幻負(fù)載電流基波的無功分量巳相電壓瞬時值相電壓瞬時值

6、相電流瞬時值的諧波分量的諧波分量屯的基波分量軸瞬時電壓軸瞬時電流軸瞬時電壓軸瞬時有功功率。軸瞬時有功功率一聲平面瞬時有功功率之和叮。口一平面瞬時無功功率之和孑旋轉(zhuǎn)電壓矢量孑的模釓舌的幅角電源側(cè)電流負(fù)載電流諧波分量補(bǔ)償電流負(fù)載電流基波有功分量氣相電壓瞬時值相電流瞬時值相電流瞬時值的諧波分量屯的基波分量屯的基波分量軸瞬時電壓軸瞬時電流毛軸瞬時電流。軸瞬時有功功率軸瞬時無功功率軸瞬時無功功率旋轉(zhuǎn)電流矢量的模仍的幅角相電壓有效值電源角頻率各次幅角三相電路瞬時有功功率的直流分量軸電流有功分量蘆軸電流有功分量口軸電流無功分量軸電流的交流分量的交流分量相電流有效值備次電流的有效值致，識之差三相電路瞬時無功功

7、率的直流分量口軸電流有功分量軸電流無功分量，軸電流無功分量軸電壓的直流分量乞的直流分量，妒彳甜釓山東大學(xué)碩士學(xué)位論文諧波及其抑制技術(shù)諧波的由來第一章緒論在上世紀(jì)年代和年代，靜止汞弧變流器的使用造成電網(wǎng)的電壓和電流波形出現(xiàn)畸變，引起了人們的注意和研究。年，發(fā)表的有關(guān)汞弧變流器諧波的論文是早期有功諧波研究的經(jīng)典論文，其結(jié)論至今仍被工程界采用。到了年代和年代，高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，推動了變流器諧波研究的進(jìn)一步深入，這一時期發(fā)表了許多有關(guān)變流器諧波的論文，在其著作中對此進(jìn)行了詳細(xì)總結(jié)“。隨著電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)、工業(yè)部門、家庭和民用事業(yè)部門得到了日益廣泛的應(yīng)用，其產(chǎn)生的

8、諧波以及造成的危害日益嚴(yán)重，使世界各國對諧波問題都給予了十分的關(guān)注和重視。諧波是由與電網(wǎng)相連的各種非線性負(fù)載產(chǎn)生的。目前，引起電力系統(tǒng)諧波的主要諧波源有電力變壓器的非線性勵磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)引起的諧波電弧爐引起的波形畸變各種電力電子裝置（包括家用電器、計算機(jī)等的電源部分）引起的諧波諧波對電力系統(tǒng)和其它用的設(shè)備可能帶來非常嚴(yán)重的影響，主要危害可歸納為在電力危害方面：使公用電網(wǎng)中的設(shè)備產(chǎn)生附加諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的使用頻率增加電網(wǎng)損耗。零線會由于流過大量的次及其倍數(shù)次諧波造成零線過熱，甚至引發(fā)火災(zāi)。諧波會產(chǎn)生額外的熱效應(yīng)從而引起用電設(shè)備發(fā)熱，使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。山東大學(xué)碩士學(xué)位論

9、文諧波容易使電網(wǎng)與補(bǔ)償電容器之間產(chǎn)生串聯(lián)并聯(lián)諧振，使諧振電流放大幾倍甚至幾十倍，造成過流，造成電容器以及與之相連的電抗器、電阻器的損壞。在信號干擾方面：諧波會引起一些保護(hù)設(shè)備誤動作，如繼電保護(hù)的熔斷器等。同時也會導(dǎo)致電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確。）諧波通過電磁感應(yīng)和傳導(dǎo)耦合等方式對鄰近的電子設(shè)備和通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時會導(dǎo)致它們無法正常工作。電力電子裝置產(chǎn)生的諧波近二十年來，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)部門以及家庭中的應(yīng)用迅速普及，使得由電力電子裝置所產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的污染日益嚴(yán)重，目前電力電子裝置已成為電力系統(tǒng)的首要諧波源。電力電子裝置中，整流裝置所占的比重最大。目前的整流裝置幾乎均采用二極

10、管整流電路或晶閘管相控整流電路。相控整流電路產(chǎn)生的諧波污染和功率因數(shù)降低是眾所周知的，幾乎在整流裝置普及的同時，對由于它所造成的諧波和功率因數(shù)降低問題便引起了人們的重視，一些簡單的無源濾波器和無功功率補(bǔ)償器被設(shè)計出來用于解決以上的問題。近年來，隨著逆變器、斬波器、開關(guān)電源，不間斷電源等的不斷出現(xiàn)，由此類負(fù)載引起的諧波問題開始受到重視，并陸續(xù)采取措施克服和解決這些問題。另外值得一提的是，電視機(jī)、個人電腦和熒光燈之類家用電器設(shè)備，這些設(shè)備單個功率很小，但數(shù)量很大，由此對電網(wǎng)造成的污染也不容忽視。改善電能質(zhì)量的常用方法由于諧波對電網(wǎng)和用電設(shè)備造成的危害日趨嚴(yán)重，不少國家己經(jīng)制定了電力系統(tǒng)和用電設(shè)備波

11、形畸變的國家標(biāo)準(zhǔn)或電力部門的規(guī)定，這些標(biāo)準(zhǔn)旨在解決諧波源（用戶）和電網(wǎng)之間諧波干擾的電磁兼容問題，并保證電網(wǎng)（包括用戶）的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，被廣泛接受的有標(biāo)準(zhǔn)”和標(biāo)準(zhǔn)“。標(biāo)準(zhǔn)是從電網(wǎng)的角度對公共接點(diǎn)的電壓和電流山東大學(xué)碩士學(xué)位論文的波形畸變進(jìn)行限制。標(biāo)準(zhǔn)則是對負(fù)載產(chǎn)生的諧波進(jìn)行限制，使負(fù)載注入電網(wǎng)的諧波在規(guī)定的范圍內(nèi)。在我國，年國家技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)了國家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波。這個標(biāo)準(zhǔn)對我國公用供電點(diǎn)的諧波電流做出了規(guī)定。目前諧波抑制的方法主要有兩大類：改造諧波源的方法。這種方法又可分為兩類：一是提高電力系統(tǒng)中主要的諧波源即整流裝置的相數(shù)，但是相數(shù)的增加使設(shè)備成本增加，且換流變壓器

12、接線復(fù)雜，利用率低；二是采用高功率因數(shù)整流器，設(shè)計功率因數(shù)接近于的整流器。諧波補(bǔ)償?shù)姆椒āＦ渲邪ㄔ谥C波源附近設(shè)置濾波器（也稱無源濾波器）或有源電力濾波器，旨在使進(jìn)入電網(wǎng)的諧波電流最少。濾波器是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成的濾波裝置，與諧波源并聯(lián)，除起濾波作用外，還兼顧無功補(bǔ)償?shù)男枰?。它出現(xiàn)較早。而且結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備投資較少、運(yùn)行可靠性較高、運(yùn)行費(fèi)用較低。因此，至今仍是應(yīng)用最多的方法。但是它有一些不可克服的缺點(diǎn)：只能抑制按設(shè)計要求規(guī)定的諧波成分，當(dāng)高次諧波成分復(fù)雜時，必須同時加入多個濾波電路，這會使整個無源濾波裝置的容量和體積增大，損耗增加。諧波電流過大時可能造成無源濾波器的過載，損

13、壞設(shè)備。無源濾波器的濾波效果對電網(wǎng)阻抗和頻率的變化十分敏感，難以保證濾波效果。可能與電源阻抗在電源側(cè)發(fā)生并聯(lián)諧振而產(chǎn)生“諧波電流放大”現(xiàn)象，從而使無源濾波裝囂無法正常工作，嚴(yán)重時會損害無源濾波器?？赡芘c電力系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振，造成電壓波形畸變。同時附加產(chǎn)生的諧波電流，流進(jìn)無源濾波器，會影響濾波效果。有源電力濾波器的出現(xiàn)則是由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是高功率大電流的半導(dǎo)體器件及可關(guān)斷晶閘管（）的發(fā)展以及瞬時無功功率理論的提出而發(fā)展起來的。它是通過向電網(wǎng)送入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，使流入電源的總諧波電流為零。有源電力濾波器有源電力濾波器的發(fā)展概況及工作原理世紀(jì)年代初期，日

14、本學(xué)者首先提出了有源濾波器的概念【”。年美國西屋電氣公司的提出利用大功率晶體管組成的（脈沖寬度調(diào)制）逆變器構(gòu)成來消除電網(wǎng)諧波。由于受當(dāng)時功率半導(dǎo)體器件水平以及控制策略的限制，的研制一直處在實(shí)驗(yàn)階段【】。進(jìn)入世紀(jì)年代以后，隨著電力電子技術(shù)及控制技術(shù)的飛速發(fā)展，大功率可關(guān)斷器件（、等）的不斷進(jìn)步，以及對非正弦條件下無功功率理論的深入研究，特別是年日本學(xué)者提出的“瞬時無功功率理論”，為的實(shí)際應(yīng)用提供了必要的條件，使世紀(jì)年代提出的有源電力濾波器走出了實(shí)驗(yàn)室“”。又經(jīng)過多年的研究和探索，有源濾波技術(shù)取得了長足的發(fā)展，越來越多的投入了運(yùn)行，不論是從實(shí)際功能還是運(yùn)行功率上都有明顯改善。據(jù)文獻(xiàn)“”介紹，自年以

15、來，僅日本就已有多臺有源電力濾波器投入運(yùn)行，其功率范圍從到，功能從諧波補(bǔ)償?shù)揭种崎W變和電壓調(diào)節(jié)等越來越豐富。目前，已用在提高電能質(zhì)量、解決三相電力系統(tǒng)中終端電壓調(diào)節(jié)、電壓波動抑制、電壓平衡改善以及諧波消除和無功補(bǔ)償?shù)葐栴}上。圖一并聯(lián)型有源電力濾波器原理圖圖所示為并聯(lián)型有源電力濾波器的原理圖。圖中，。為交流電源，負(fù)載為諧波源，它產(chǎn)生諧波并消耗無功。有源電力濾波器系統(tǒng)由三大部分組成，即指令電流運(yùn)算電路、控制電路和補(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出補(bǔ)償對象電流中的諧波和無功等電流分量?？刂齐娐钒凑罩噶铍娏鳟a(chǎn)生使補(bǔ)償電流發(fā)生電路工作所需的控制信號；補(bǔ)償電流發(fā)生電路則根據(jù)控制電路發(fā)出

16、的控制信號，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。例如，當(dāng)需要補(bǔ)償負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流時，有源電力濾波器檢測出補(bǔ)償對象負(fù)載電流的諧波分量，將其反極性后作為補(bǔ)償電流的指令參考信號，由補(bǔ)償電流發(fā)生電路所產(chǎn)生的補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波分量大小相等，方向相反，因而，兩者互相抵消，使得電源電流中只含基波，不含諧波，從而達(dá)到了抑制諧波的目的。上述關(guān)系可用如下一組公式描述：址一。昧若要求有源電力濾波器在補(bǔ)償諧波的同時，補(bǔ)償負(fù)載的無功功率，則只要在補(bǔ)償電流的指令信號中增加負(fù)載電流的無功分量。即可。這樣，補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波及無功分量相抵消，電源電流等于負(fù)載電流的基波有功分量。也就是：腳虹叫“一蛔有源電力濾波器的分類，工

17、有源電力濾波器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。按主電路所使用的交流器的類型可分為電壓型和電流型；按與負(fù)載連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為并聯(lián)型、串聯(lián)型和串并混合型；按使用場合電源相數(shù)來分可分為單相、三相三線和三相四線有源電力濾波器等。三相四線制有源電力濾波器的研究意義在三相三線制以外的系統(tǒng)中如何應(yīng)用有源電力濾波器，這是近幾年國內(nèi)外學(xué)者關(guān)心的問題【。三相四線制系統(tǒng)在工廠供電、民用住宅和城市供電等電力系統(tǒng)中廣為應(yīng)用，其中的諧波和三相不平衡問題越來越引起人們的重視。根據(jù)日本電氣學(xué)會發(fā)表的一項有關(guān)諧波源的調(diào)查報告，辦公及家用電器所產(chǎn)生的諧波占整個諧波源的。如調(diào)查報告中指出的，在低壓供電系統(tǒng)中，每天時電網(wǎng)電流畸變

18、嚴(yán)重，三相之問存在嚴(yán)重的不平衡現(xiàn)象，這也是電視收視率最高的時候。因此，計算機(jī)、電視機(jī)、電子鎮(zhèn)流器、微波爐、電磁爐的用電設(shè)備，雖然作為個體來講功率很小，但是隨著它們應(yīng)用越來越普及，它們的數(shù)量也就越來越大，并且大多為單相負(fù)荷，其對電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波及三相不平衡的影響變得不可忽視。零線電流引起的事故在我國也有報道，所以對三相四線制系統(tǒng)中的諧波和三相不平衡進(jìn)行補(bǔ)償具有重要的意義。三相四線制系統(tǒng)與三相三線制系統(tǒng)的區(qū)別在于是否存在零線，因而用于三相四線制系統(tǒng)中的有源電力濾波器與用于三相三線制中的相比，根本的區(qū)別在于三相四線制系統(tǒng)需對三相電流零序分量進(jìn)行處理。同樣，與三相三線制的情況類似，三相四線制時有源電力濾

19、波器的組成仍是由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩部分組成。對前一部分，要求在三相四線制的情況下仍能準(zhǔn)確迅速地形成指令電流。也就是說，除了檢測出被補(bǔ)償信號中的諧波和無功分量外，還要對系統(tǒng)的零序分量作出適當(dāng)?shù)奶幚?。而對于后一部分，則要求根據(jù)指令電流信號正確地產(chǎn)生補(bǔ)償電流，包括諧波分量、基波無功分量和零序分量。簡單的講，在三相四線制的情況下，同樣是解決兩個問題：一是檢測問題，二是補(bǔ)償問題。本文研究的主要問題本論文針對幾種功率理論用于三相四線制系統(tǒng)進(jìn)行諧波檢測與無功補(bǔ)償作了一些工作，主要有以下幾方面的內(nèi)容：分析比較了一正交坐標(biāo)下的瞬時無功功率理論與瞬時無功功率理論的差異和一致性。正交坐標(biāo)下的瞬時無

20、功功率理論把零序電壓和電流分量看作是與正序電壓、電流分量和負(fù)序電壓、電流分量相獨(dú)立的信號，而瞬時無功功率理論則把正序、負(fù)序、零序分量三者看作是平等的。這就導(dǎo)致了兩種不同的功率定義方法。本文通過推導(dǎo)得知，當(dāng)電壓中無零序分量時，這兩種方法的補(bǔ)償效果完全一致，而當(dāng)電壓中含有零序分量時，這兩種補(bǔ)償方法效果各不相同，具體地講就是：卒償方法不能將中線電流補(bǔ)償?shù)搅悖悍梢詫⒅芯€電流補(bǔ)償?shù)搅?。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文對韓國學(xué)者提出的基于瞬時無功功率理論的法進(jìn)行了研究。一，法是把電壓和電流分別經(jīng)過兩次坐標(biāo)變換至坐標(biāo)系中，變換以電壓為基準(zhǔn)，使最后的坐標(biāo)中只有軸電壓巳不為零，口軸和，軸的電壓均為零，電流變換至坐標(biāo)后得到

21、、，定義瞬時有功功率為，。，瞬時無功功率為一【，。在電壓有畸變的情況下，中的直流分量來自于電壓基波正序分量，相應(yīng)地，、中的直流分量來自于基波電流的正序分量，從而，一口一，法可以在電壓有畸變的情況下檢測出基波電流。對也提出的正交坐標(biāo)法進(jìn)行了研究。該方法是在坐標(biāo)下定義有功功率和無功功率，無需坐標(biāo)變換、計算簡單。在電源電壓有畸變且系統(tǒng)存在零序電流的情況下，能檢測負(fù)載電流的無功及諧波分量。然而，當(dāng)電源電壓中含有零序分量時，該法不能完全補(bǔ)償中線電流。針對這一問題，本文提出了改進(jìn)方法，排除了零序電壓分量的干擾。仿真結(jié)果證明該方法是有效的。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章三相電路瞬時無功理論單相正弦電路中的有功與

22、無功定義最早由“們給出，在頻域內(nèi)無功指電力系統(tǒng)中無用的功率，有功定義為電壓與電流瞬時值的點(diǎn)乘積，是兩個系統(tǒng)間真實(shí)能量的傳輸，視在功率為電壓與電流有效值的乘積。在數(shù)值上，視在功率的平方等于有功與無功的代數(shù)和。無功對系統(tǒng)間的能量傳輸沒有貢獻(xiàn)，僅僅增加線路損耗。如果線路中的無功能補(bǔ)償為零，視在功率就等于有功功率，線路損耗也會減少。雖然上述功率定義對單相正弦系統(tǒng)來說物理概念明確，但在三相系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生畸變、不平衡或非線性時，這種定義的方法就顯得模糊無效。為了能更好的定義功率，學(xué)者們進(jìn)行了大量的理論探討，三相電路瞬時無功功率理論是其中較為有效的一類定義方法。自年代提出以來，它在許多方面得到了成功的應(yīng)

23、用。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)地定義了瞬時無功功率、瞬時有功功率等瞬時功率量。以該理論為基礎(chǔ)，可以得出用于有源濾波器的諧波和無功電流的實(shí)時檢測方法?；驹斫?jīng)典三相電路瞬時無功功率理論首先于年由日本學(xué)者提出，此后該理論經(jīng)不斷研究而逐漸完善。該理論是以瞬時有功電流。和瞬時無功電流為基礎(chǔ)的理論體系。設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時值分別為巳、巳和屯、。為分析問題方便，把他們變換到正交的坐標(biāo)系上研究。由下面的變換可以得到、口軸的瞬時電壓乞、和瞬時電流。、。叫；】舯豳（）（）山東大學(xué)碩士學(xué)位論文席蘇茲】口位圖電流和電壓在平面上的分布圖在圖一所示的平面上，、和。、可分別合成為旋轉(zhuǎn)電壓

24、矢量百和旋轉(zhuǎn)電流矢量：孑，。）（）（）其中、為矢量苫、的模，純、能為矢量孑、的幅角。三相瞬時有功電流，和瞬時無功電流分別定義為矢量在矢量及其法線上的投影。即：（）。妒（）其中伊釓一仍。三相電路瞬時有功功率（瞬時無功功率）定義為電壓矢量的模和三相瞬時有功電流，（三相瞬時無功電流）的乘積。即：（）山東大學(xué)碩士學(xué)位論文（）將（）（）及妒一吼一帶入（）（）并寫成矩陣形式可得：三刪。氣臣】（）當(dāng)三相電壓電流均為正弦波時，瞬時有功功率和瞬時無功功率的可如下表示：設(shè)三相電壓電流分別為；?！皻猓ā耙豢冢ǎㄊ＃ā耙欢剩ㄒ欢室唬┮唬?。（“一甲廂）利用（）（）式對（）（）進(jìn)行變換得：階層】：】店善）】把（

25、）（）帶（）可得：令一上。，驢壬。，哆么分別為相電壓、相電流的有效值，得：口口（）汜一）（）（一）（）（）從上面的式子可以看出，當(dāng)電壓和電流均為正弦波時，、均為常數(shù)，且其數(shù)值和傳統(tǒng)理論算出的有功和無功功率完全相同。三相三線制中諧波和無功電流的檢測以三相無功功率理論為基礎(chǔ)即可得出計算三相電路諧波和無功電流檢測的方法。該方法因?yàn)檠舆t時間較短【而在有源電力濾波器中得到廣泛地使用。因?qū)嶋H電網(wǎng)中存在電壓及電流畸變，因此需用三相無功理論分析畸變信號。電流畸變當(dāng)電流信號中含有諧波時，同樣用上述方法對信號進(jìn)行變換。設(shè)電流信號為：。墨凰耐）薹而一爭壇（）一薹掃“咖（耐一爭】式中土，為整數(shù)，為電源角頻率，。、為各

26、次電流的有效值及幅角。將（）式帶入（）得：。壓盧（耐）薹千（叭）式中一時取上符號，一時取下符號。按、方式運(yùn)算，將（）（）帶入（）得；壓，耐【一叫。研耐臚，【（千，）甜干吼】（一月）膏一伊一（）雖然、中含有各次分量，但各自僅存一個直流分量，即：盧。（妒（）蠆最，（一吼）（）根據(jù)定義歹為基波有功功率電流與電壓作用所產(chǎn)生，蠆為基波無功功率電流與電壓作用所產(chǎn)生。于是由歹、蠆即可計算出被測電流、的基波分量、臥扣丹犯【黜）】厄（耐硯）、凰一要）廚沖（耐警圳其運(yùn)算原理圖見圖。電壓畸變圖、礙方式運(yùn)算原理圖假設(shè)畸變的電網(wǎng)電壓對稱，即：一一（，（）山東大學(xué)碩士學(xué)位論文瓦一耋壓。耐一等）以）（）耋壓甩（甜等）以）式

27、中、吒為各次電壓有效值和初相角且吼。將（）帶入（）得：訃歷薈（刪以）薈千耐吼）按、日運(yùn)算方式，將（）（）帶入式（）得：阱善（甌一釓）三三【千?。┨穑ㄟ盖В可疲ㄒ砸唬┥粕魄б患。埃ㄟ敢唬浚ǎǎ┦街袨榱藚^(qū)分不同次諧波的電壓和電流，引入了研，其取值方法與相同。、的直流分量為階善（以一）善（一一吼）（）比較（）與（）（）我們可以看出，當(dāng)電壓畸變時、的直流分量不僅包含基波電壓與電流的乘積，還包含各次諧波電壓與電流的相互作用成分。因此當(dāng)電壓畸變時，用前文所述的、口運(yùn)算方式會產(chǎn)生檢測誤差。為了盡量消除電壓畸變對諧波檢測產(chǎn)生的影響，在有源電力濾波器的實(shí)際應(yīng)用中通常使用，、運(yùn)算方式。，、運(yùn)算方式的基本原

28、理與、運(yùn)算方式相同，只是在實(shí)際檢測中采用了鎖相環(huán)和正、余弦發(fā)生電路得到運(yùn)算矩陣。其原理見圖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文圖，運(yùn)算方式原理圖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文第三章瞬時無功功率理論在三相四線制中的應(yīng)用傳統(tǒng)瞬時無功功率理論適用于三相三線制電路，為了使該理論應(yīng)用更廣泛，人們將功率定義進(jìn)行了進(jìn)一步擴(kuò)展，在正序、負(fù)序外考慮了零序分量。根據(jù)對零序分量的不同處理，瞬時無功功率理論，被分為兩大類。一類是把電壓和電流均變換到一坐標(biāo)，在坐標(biāo)系中定義其瞬時功率，它的功率定義是假設(shè)零序電壓與、巳相互獨(dú)立。零序電流。與、相獨(dú)立。認(rèn)為零序電壓和電流只產(chǎn)生有功功率。另一類是年，提出的一種改進(jìn)的瞬時無功功率定義方法（簡稱為瞬時無功功

29、率理論）。它并不認(rèn)為零序玉和電流乇和、。、。是與相獨(dú)立的，而是把、，、。都看作是平等的，同樣與、也是平等的，考慮到了零序電壓及電流的有功功率和無功功率。一坐標(biāo)坐標(biāo)系下的瞬時無功功率理論設(shè)三相電路各相電壓和電流的瞬時值分別為、和、。為分析問題方便，把他們變換到正交的坐標(biāo)系上研究。由下面的變換可以得、軸的瞬時電壓、。、和瞬時電流、乞、口。印、壤，（）（）變換至一坐標(biāo)系以后，。分別代表電壓和電流中的零序分量，。、巳巳玨站等互山東大學(xué)碩士學(xué)位論文和乞、分別是電壓和電流中正序分量和負(fù)序分量。在這里假設(shè)零序分量和正序、負(fù)序分量相獨(dú)立的，也即和。、，獨(dú)立，和。、相獨(dú)立。這樣，就相當(dāng)于把零序電壓和電流看作一個

30、單相的電路，和的瞬時值的乘積就是這個單相一。（）娜馴圈，三相電路的瞬時有功功率為軸瞬時有功功率。和口一盧平面瞬時有功功率。之和，三相電路的瞬時無功功率等于黿印，即掣毛。，窖又因?yàn)橛瘛Ｆ顾裕ǎǎ?。，巳（）口、羅的瞬時無功電流、名（瞬時有功電流、咯）分別為三相電路口一夕平面上瞬時無功電流柏（瞬時有功電流卿）在口、戶軸上的投影，即：。拿。孺印。卿一印；。日一：呷刮，咖吼。若鋤。若筆叫吼。吉鋤。蠆暑。銘?？噤z。燾冉一啦見苦。希（）由、軸的正交性及（）示可得如下性質(zhì)：髭：葛耋（）乞嘻厶（）口一（）口、相的瞬時無功功率吼、，（瞬時有功功率。、。）分別為該相瞬時電壓和瞬時無功電流（瞬時有功電流）的乘積，

31、即：由（）可得：矗。鑫邙驢略肇一蠢硝吆。籀日印口。二！壘。氣；。印。（）（）（）三相電路各相的瞬時無功電流、（瞬時有功電流、）是、口、三相瞬時無功電流、（瞬時有功電流、）通過三相到三相變換所得到的結(jié)果，其中嘶，毛。也即山東大學(xué)碩士學(xué)位論文腎圈（）小蠹引均式中嘉三。將，帶入式（）、式（）并計算可得到以下關(guān)系：（）（）（）（）性質(zhì)（）是由于把零序電流看作有功分量所造成的。、各相的瞬時無功功率。、吼（瞬時有功功率兒、。）分幾。氣。（）乳一以。（）吼。把（）、（）帶入（）、（），并將三相電壓。、巳用、表。，。一。?。ǎ６?。（）由上面的分析我們可以看到在、口、軸需補(bǔ)償?shù)碾娏鳌?。、?jīng)過一個反變換得到，如

32、式（）所示，其中，。印，。審為在、口、盧軸需要補(bǔ)屆如呵蛔鼉切“哳哳凹山東大學(xué)碩士學(xué)位論文訃卻。赫。蚓勁在上式中，印一叩，。和。妒是相互獨(dú)立的，且需要補(bǔ)償?shù)目偟乃矔r有功功率見。，很顯然。，也即：。神（）。，弗、。筇的值可以通過下式計算得到：印。（）雌。將（）帶入（）得：。丟（?。?。印，）。石卜印而心勺秭）鄺一）最后再把、，、經(jīng)暑過變換即可得到三相待補(bǔ)償?shù)碾娏?。、。瞬時無功功率理論在上述的瞬時無功功率理論中，我們認(rèn)為零序電壓和電流分量、與正負(fù)序電壓和電流是相互獨(dú)立的。年提出了一種新的功率定義方法，把、口、口各軸都看成平等的，可定義各軸上的瞬時無功功率。山東大學(xué)碩士學(xué)位論文在、口、三維坐標(biāo)系中，我們

33、定義三相系統(tǒng)的瞬時有功電流、瞬時無功電流、瞬時有功功率、瞬時無功功率、各個軸上的瞬時有功電流和瞬時無功電流。三相電路的瞬時有功功率是電壓矢量和電流矢量的點(diǎn)乘積，瞬時無功功率是電壓矢量和電流矢量的叉乘積：一琶。一一（叮。，。，）。，）（）（）其中，。，。，分別為為各軸的瞬時無功功率。上面兩式可以總結(jié)為以下變換：其逆變換為：口口一。口一口。一乞淞醫(yī)礙口（）（）其中南一。三相電路瞬時有功電流和瞬時無功電流分別為電流在電壓及其法平面上的投影。假設(shè)電壓矢量，。，）與電流矢量“，乞，）之間的夾角為，則晶。君恭與電壓矢量同方向，且一硎叢等生業(yè)上（一。一）、可以表示為：吃島蘆。吖山東大學(xué)碩士學(xué)位論文導(dǎo)。制卜石

34、一車氣（）（）、口、盧軸上的有功分量。，、（無功分量、。、）即瞬時有功，（瞬時無功電流。）在、蘆各軸上的分量：。言石苦協(xié)石苦石小鏟鼉芋一。絲鏟鏟鏟鼉尹上述關(guān)系也可以由（）得到。由（）、（）、（）可得到：（）（）乇。乜吼一。，）咄，”鈾石吼叫口，腳。丁（。魴一、，。（）”石嬸。魴叫，一。丁。礙一吼）；。丁石。叫。吼刮印州由、口、蘆軸的瞬時有功功率風(fēng)、。、，（瞬時無功功率牙、。、）分別是各軸瞬時電壓和各軸瞬時有功電流叩、，、彥（瞬時無功電流、。、）的乘積，即：衛(wèi)白吖衛(wèi)白一山東大學(xué)碩士學(xué)位論文。口口。掣。（將（）、（）帶（）、）得：口。（）。勺腳叫瓦”氣瓦”色氣目。壽，以一乞的）氣去。劬一吼）勺；（

35、，）（）（）三相系統(tǒng)各相有功電流、，（無功電流、）、口、盧軸的瞬時有功、卻（瞬時無功電流、）經(jīng)過蠹變換（，的反變阱甜隧凹，（筆（芝一乙】力三相系統(tǒng)各相有功功率兒、。（無功功率吼、吼、吼）即各相的瞬時有功、卻（瞬時無功電流、。、）與各相瞬時電壓的乘積：。氣（）。吼一（）。根據(jù)這一算法，只要知道需補(bǔ)償?shù)挠泄o功分量、。、譬“、窖。，經(jīng)過下列反變換即可知道在、口、盧軸需要補(bǔ)償?shù)碾娏?。、。、，進(jìn)而可以山東大學(xué)碩士學(xué)位論文求得需要補(bǔ)償?shù)娜嚯娏?。針。石毒曼。（）一般情況下瞬時有功功率不需要補(bǔ)償，其余各軸的瞬時無功功率都需要全部補(bǔ)償。即?？谌慷?。礙，（）口“。礙，帶八（）得：一丁艟；）吒勺么印；。一艫

36、，似。石卜。藏叫勺，一手咿，一巳乞也；，（）最后再把、吐，經(jīng)磊，艾伏哥到口忖下云州吧佩，。、。、乞。小結(jié)比較式（）和式（），我們可以看出，當(dāng)電壓中無零序分量時，即。一時，這兩個式子是等價的，也就是說坐標(biāo)下的瞬時無功功率理論和瞬時無功功率理論是一致的，使用這兩種方法補(bǔ)償效果相同。當(dāng)電壓中含有零序分量，即時它們的補(bǔ)償特性不一致，而且從式（）懈。，因此用瞬時無功功率理論進(jìn)行諧波補(bǔ)償不能完全補(bǔ)償中性線電流。而由整個推倒過程可知，坐標(biāo)下的瞬時無功功率理論和瞬時無功功率理論是三相電路瞬時無功理論的擴(kuò)展，法包含在這兩種檢測方法之中。因此，以這兩種理論為基礎(chǔ)的檢測方法與有法有共同的缺陷，即當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生畸變時，這兩種方法都不能