梁 靜，戴 毅，常鮮戎

(1.山西電力公司晉城供電分公司，山西 晉城 048000;2.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003)

1 引言

隨著電力電子裝置的廣泛使用，大量具有非線性特性的負(fù)載投入電網(wǎng)運(yùn)行，給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的諧波污染和動(dòng)態(tài)無(wú)功負(fù)荷。配電網(wǎng)靜止同步補(bǔ)償器(DSTATCOM)［1］憑借其強(qiáng)大的功能，優(yōu)良的性能逐漸成為現(xiàn)階段配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電能質(zhì)量控制的發(fā)展方向［2］。其中，補(bǔ)償電流的檢測(cè)環(huán)節(jié)是該裝置的重要環(huán)節(jié)［3］。目前研究和應(yīng)用較多的檢測(cè)方法是基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的ip-iq法，該方法在電網(wǎng)電壓對(duì)稱無(wú)畸變時(shí)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波和無(wú)功電流的準(zhǔn)確檢測(cè)，當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡或畸變時(shí)，它只能準(zhǔn)確地檢測(cè)出諧波電流，而測(cè)出的有功、無(wú)功電流存在誤差。

首先分析了ip-iq法產(chǎn)生誤差的原因，然后提出了一種新的補(bǔ)償電流準(zhǔn)確檢測(cè)的方法，該方法克服了傳統(tǒng)ip-iq法在三相電壓不對(duì)稱且畸變時(shí)對(duì)三相有功、無(wú)功電流檢測(cè)存在誤差的缺點(diǎn)，能在電壓源和負(fù)載電流都畸變且不平衡的情況下檢測(cè)到基波電壓正序分量的相位，并能準(zhǔn)確檢測(cè)出電流的諧波與有功、無(wú)功分量。最后通過(guò)MATLAB仿真對(duì)所提出方法的正確性和可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。

2 傳統(tǒng)的 ip-iq法［4］

傳統(tǒng)的ip-iq法將三相瞬時(shí)電壓、電流經(jīng)過(guò)abc-αβ變到兩向正交的αβ坐標(biāo)系下，然后將→i投影到→e及其法線上得到瞬時(shí)有功電流ip與瞬時(shí)無(wú)功電流iq。將ip通過(guò)低通濾波得到其直流分量ˉip，在經(jīng)過(guò)逆變換得到電流的基波分量iaf、ibf、icf，進(jìn)而計(jì)算出諧波和無(wú)功電流。其原理框圖如圖1所示。

分離出的基波有功電流分量以及無(wú)功與諧波電流分量之和分別為:

圖1 傳統(tǒng)ip-iq法原理框圖

當(dāng)三相電壓不對(duì)稱且畸變時(shí)，ea的相位是由其正序、負(fù)序、零序及其諧波分量共同作用的結(jié)果，因此ea的相位與ea正序分量的相位有可能存在相位差。使用鎖相環(huán)得到的是a相電壓相位，而非a相正序電壓分量相位。設(shè)a相電壓的初相角與a相正序電壓的初相角的相位差為φ，即:若將(1)式作為a相正序電壓相位的αβ-dq變換矩陣，則a相電壓相位的αβ-dq變換矩陣為:

假設(shè)三相不對(duì)稱電流為:

式中:I表示電壓有效值，第一個(gè)下標(biāo)表示序分量(1是正序，2是負(fù)序)，第二個(gè)下標(biāo)表示諧波次數(shù);I0(t)為零序電流分量。

在采用α相正序電壓相位時(shí)，三相電流ia，ib，ic經(jīng)過(guò)abc-αβ變換和αβ-dq變換之后得到瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq，ip經(jīng)過(guò)低通濾波器(LPF)后得到其直流分量

同樣，在采用a相電壓相位時(shí)，三相電流變換之后得到瞬時(shí)有功電流ipφ和瞬時(shí)無(wú)功電流iqφ，ipφ經(jīng)過(guò)低通濾波后得到其直流分量:

3 補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確檢測(cè)法

為了解決傳統(tǒng)ip-iq法在電網(wǎng)電壓不對(duì)稱時(shí)產(chǎn)生的檢測(cè)誤差問(wèn)題，本文提出了一種補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確檢測(cè)法。其原理圖如圖2所示。

圖2 補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確檢測(cè)法原理圖

該檢測(cè)法首先通過(guò)坐標(biāo)變換將三相電壓值轉(zhuǎn)換到互相垂直的αβ坐標(biāo)系下，再將得到的坐標(biāo)值分別乘以反饋回來(lái)的正余弦值，由此將基波信息變?yōu)橹绷鞣至刻崛〕鰜?lái)，然后將對(duì)應(yīng)的量相加減，從而把包含基波負(fù)序信息的直流分量消去，使得通過(guò)LPF后，只剩下基波正序信息，之后利用三角函數(shù)的有關(guān)特性得到基波電壓正序分量，最后通過(guò)鎖相環(huán)就可以得到電網(wǎng)實(shí)際的正余弦信號(hào)。

下面對(duì)該方法進(jìn)行理論分析，假設(shè)三相電壓畸變且不對(duì)稱。

式中:E表示電壓有效值，第一個(gè)下標(biāo)表示序分量(1是正序，2是負(fù)序)，第二個(gè)下標(biāo)表示諧波次數(shù)。然后將ea，eb，ec，變換至α-β兩相，得式:

將eα，eβ與正余弦信號(hào)矩陣相乘:

利用三角函數(shù)的相關(guān)公式，通過(guò)加減運(yùn)算將其中包含基波負(fù)序信息的分量消去:

eαs-eβc與eαs-eβc經(jīng)過(guò) LPF 后，濾去交流分量，通過(guò)三角函數(shù)的有關(guān)特性得到基波電壓正序分量:

然后利用鎖相環(huán)和正余弦產(chǎn)生電路，為檢測(cè)系統(tǒng)提供a相正序基波電壓同相位的正余弦信號(hào)，代入傳統(tǒng)ip-iq法進(jìn)行補(bǔ)償電流的檢測(cè)，即可得到較為精確的結(jié)果。

4 設(shè)計(jì)實(shí)例與仿真結(jié)果分析

圖4為用兩種方法檢測(cè)出來(lái)的基波電流，通過(guò)比較可知，兩種方法測(cè)出的基波電流相同，同時(shí)負(fù)荷電流值也相同，所以諧波電流值也相同即傳統(tǒng)ip-iq法在檢測(cè)諧波電流時(shí)沒(méi)有誤差。

圖5為分別用傳統(tǒng)ip-iq法和本文提出的新方法檢測(cè)出的基波有功電流，其中，幅值大的為電壓量，幅值小的是電流量，中間的橫線是參考線。通過(guò)對(duì)比可知:傳統(tǒng)ip-iq法檢測(cè)出來(lái)的基波有功電流跟電網(wǎng)基波正序電壓不同相，所以傳統(tǒng)ip-iq法檢測(cè)出來(lái)的基波有功電流存在誤差，而本文新提出的補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確檢測(cè)法檢測(cè)出的基波有功電流與基波正序電壓相位完全相同，從而證明了這種新方法的能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償電流的準(zhǔn)確檢測(cè)。

圖3 三相四線制D-STATCOM總體結(jié)構(gòu)圖

圖4 基波電流檢測(cè)圖

圖5 基波有功電流示意圖

5 結(jié)論

本文提出了一種適合于三相四橋臂D-STATCOM裝置的諧波、無(wú)功和不平衡電流的檢測(cè)方法，它能在電網(wǎng)電壓不平衡或畸變時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)出基波正序有功電流，從而克服了傳統(tǒng)ip-iq法在三相電壓不對(duì)稱且畸變時(shí)對(duì)三相有功、無(wú)功電流檢測(cè)存在誤差的缺點(diǎn)，仿真結(jié)果表明，在三相電壓不對(duì)稱且畸變的情況下也可以準(zhǔn)確檢測(cè)無(wú)功和諧波電流。

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