瞬时功率理论在谐波补偿中的应用

瞬时功率理论在谐波补偿中的应用

到目前为止，许多专家和科学家在非线性条件下研究了许多基于非正波形状和不平衡的负载系统中的不同功率定义。然而，有一个概念是明确的。人们仍然注意主调波的计算和波形补偿的和谐评估等一般功率理论。应用于谐波补偿的有源电力滤波器的电流检测方法很多,并且一些方法(特别是基于瞬时无功功率理论的谐波电流检测方法)得到了实际应用.考虑到有源电力滤波器工作实时性与准确性的要求和电力系统的实际运行特点,期望能够对现有的功率理论进行全面深入的分析并且归纳总结各自的特点,以适应有源电力滤波器在实际应用中的需要.1三相四线制系统的瞬时功率理论特性1.1瞬时值和虚功率的转换对于三相四线制系统,由于其含有零线电流,因而对电压和电流变量要在α-β-0坐标下进行变换.日本学者赤木泰文(H.Akagi)等人提出了建立在瞬时值基础上的三相电路瞬时无功功率理论.文献将三相四线制系统中的功率分为三部分,即两个实功率p0,pαβ和虚功率qαβ.1.2改善三、四级制系统的瞬时功率理论文献给出了改进三相四线制系统中瞬时功率理论,定义了瞬时实功率p以及瞬时虚功率q0,qα和qβ.1.3瞬时功率理论近年来韩国学者HyosungKim等提出了一种新的基于p-q-r坐标系的瞬时功率理论.其以α-β-0坐标为基础旋转得到p-q-r坐标系.新坐标系的p轴与空间电压矢量方向重合.从而简化有功电流和无功电流的计算.2电力理论的分析与比较下面将三相四线制系统几种瞬时功率理论进行全面比较.2.1中性线电流控制自由度不高由传统瞬时功率理论可以得出三个瞬时功率p0,pαβ,pαβ能够进行独立补偿,可瞬时实功率p0和pαβ互相影响,当补偿电路中没有储能元件时,通过补偿0轴瞬时实功率p0消除中性线电流时,调整瞬时实功率pαβ使p0+pαβ值保持常量.由于这个原因,αβ相瞬时实功率pαβ的改变导致三相线电流发生畸变.在没有储能元件的情况下中性线电流不可能消除.因此,电流的控制自由度为2(+),其没有达到理想的3.2.2瞬时功率补偿该瞬时功率理论不一定要求α-β-0转换,在a-b-c坐标系中可以直接计算瞬时功率.瞬时实功率p和瞬时虚功率qa,qb,qc由电压和电流空间矢量的点乘积和叉乘积分别定义,且视在功率s守恒.uaqa+ubqb+ucqc=0(1)由式(1)可得,三个瞬时虚功率qa,qb,qc线性相关.这就表示在这三个瞬时虚功率中存在着冗余,其必须减少到两个线性无关才能控制两无功电流.当三相四线制系统中存在零序电压分量时,应用改进瞬时功率理论补偿瞬时无功功率.虽然在此理论中存在着四个瞬时功率分量,但是控制的自由度只有2,原因在于仅仅只有p和qabc能够独立补偿.2.3虚功率q轴电压、电流空间矢量的点乘积和叉乘积分别构成瞬时实功率p和瞬时虚功率qq,qr,且视在功率s守恒.p-q-r坐标下的瞬时功率理论有明显的物理意义:p轴仅仅存在电流分量(产生了瞬时实功率p);q轴仅存在虚电流分量(产生了q轴瞬时虚功率qq);r轴仅存在虚电流分量(产生了r轴的瞬时虚功率qr).因而通过补偿瞬时虚功率qq,qr能够分别控制qr电路电流ir,iq.三瞬时功率p,qq,qr线性无关,p-q-r功率理论中的控制度达到3.p-q-r功率理论中的瞬时实功率p与改进瞬时功率理论中的相同,等于0轴瞬时实功率p0和传统瞬时功率理论中α-β电路的瞬时实功率pαβ之和.改进瞬时功率理论与p-q-r功率理论中的瞬时虚功率相同如式(1)所示.qabc=q2a+q2b+q2c−−−−−−−−−−√=q2q+q2r−−−−−−√=qpqr(2)qabc=qa2+qb2+qc2=qq2+qr2=qpqr(2)三种瞬时功率理论特性如下表所示.3负载模拟系统及参数利用MATLAB/SIMULINK对不对称三相四线系统进行仿真.主电路(图1所示)负载由一些带阻感负载的三相全桥整流电路和一单相整流桥组成.电源为工频50Hz且含有多次谐波,负载不对称.仿真所得p-q-r坐标系中各瞬时功率分量如图2所示.4瞬时功率理论的特性综上所述,三相四线制系统下的瞬时功率理论有各自的特点可适用于不同的实际场合中.根据本文的分析与比较研究可以得出以下结论:1)在三相四线制系统中,传统瞬时功率理论表明瞬时有功功率和无功功率是与瞬时有功电流和无功电流联系在一起的,但是瞬时功率的数学表达式并不满足能量守恒.2)改进瞬时功率理论定义了一个瞬时实功率和三个瞬时虚功率,其满足能量守恒以及通常功率的定义,但是其三个虚功率线