譚穎婕+陳業(yè)偉+程志鍵+林川璐+茍黎明+王聰

摘 要：無(wú)功和諧波補(bǔ)償裝置在工業(yè)中有許多的應(yīng)用，有效檢測(cè)無(wú)功和諧波電流是進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那疤帷；贒Q分解法的瞬時(shí)功率理論在三相電路的無(wú)功和諧波檢測(cè)中已有成熟的應(yīng)用，但是單相電路的無(wú)功和諧波電流的檢測(cè)依然沒(méi)有很好的辦法。該文提出了一種基于單相電路瞬時(shí)功率理論的單相電路無(wú)功及諧波電流檢測(cè)方法，通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系推導(dǎo)說(shuō)明了無(wú)功和諧波電流的分解原理，并通過(guò)Matlab驗(yàn)證了所提內(nèi)容的正確性和有效性。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗?無(wú)功 諧波 瞬時(shí)功率

中圖分類號(hào)：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（b）-0023-03

Abstract：Reactive power and harmonic compensation device has many applications in industrial， effective reactive power and harmonic current detection is the precondition of compensation. By the DQ decomposition method of instantaneous power theory， The reactive power and harmonic circuit detection in three-phase is mature， but the reactive power and harmonic current testing in single-phase circuit have not been well done. Based on the single-phase circuit instantaneous reactive power theory，this paper proposes a single-phase circuit and harmonic current detection method， The mathematical relationship shows the decomposition principle of reactive power and harmonic current， and， the correctness and validity of the proposed contentis verified by Matlab.

Key Words：Single-phase； Reactive power； Harmonic； Instantaneous power

無(wú)功和諧波電流對(duì)電網(wǎng)有著很多危害，有效的電網(wǎng)無(wú)功和諧波電流檢測(cè)在無(wú)功和諧波治理中意義重大[1-2]。

單相電路中，一直沒(méi)有很好的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)方法。文獻(xiàn)[3]涉及一種基于三相電路瞬時(shí)功率理論的單相電路諧波電流檢測(cè)方法，文獻(xiàn)[4]將其與一種基于單相電路瞬時(shí)功率理論的單相電路諧波電流檢測(cè)方法進(jìn)行比較，并指出后者具有更好的檢測(cè)精度和更少的計(jì)算量?jī)?yōu)點(diǎn)。但是文獻(xiàn)[4]所提的基于單相電路瞬時(shí)功率的諧波檢測(cè)方法實(shí)質(zhì)上只是用電網(wǎng)電流減去檢測(cè)出的有功電流，并沒(méi)有考慮諧波電流和無(wú)功電流的分解。

該文在文獻(xiàn)[4]基礎(chǔ)上，對(duì)所涉及的諧波電流檢測(cè)進(jìn)行改進(jìn)，給出了基于單相電路瞬時(shí)功率理論的單相電路無(wú)功和諧波電流的分解方法，對(duì)所提諧波和無(wú)功電流檢測(cè)原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)驗(yàn)證，給出了無(wú)功和諧波檢測(cè)具體實(shí)現(xiàn)的Matlab框圖，并通過(guò)將其應(yīng)用在SVG系統(tǒng)中，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)電源無(wú)功和諧波電流的補(bǔ)償，驗(yàn)證了所提無(wú)功和諧波電流分解方法的正確性。

1 單相無(wú)功和諧波電流檢測(cè)原理

單相電網(wǎng)電壓如公式（1）所示，其中為電網(wǎng)電壓的角速度。

綜合公式（5）和公式（6），可以得出結(jié)論，電網(wǎng)電壓相位和電網(wǎng)電流直接相乘得到的量進(jìn)行分解后，只有為直流分量，是電網(wǎng)電流的基波有功分量峰值一半，而其他量都至少為2倍電網(wǎng)電壓頻率的高頻分量。因此使用低通濾波器就可以將高頻分量濾出，而且由于得到的是直流量，因此濾波器延時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能不造成影響。將電網(wǎng)電流的有功分量峰值一半乘上兩倍電網(wǎng)電壓相位，就得到了電網(wǎng)電流有功分量的瞬時(shí)值，如公式（7）所示。

綜合公式（10）和公式（11），可以得出結(jié)論，電網(wǎng)電壓相位和電網(wǎng)電流直接相乘得到的量進(jìn)行分解后，只有為直流分量，是電網(wǎng)電流的基波無(wú)功分量峰值一半，而其他量都至少為兩倍電網(wǎng)電壓頻率的高頻分量。因此使用低通濾波器就可以將高頻分量濾出，而且由于得到的是直流量，因此濾波器延時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能不造成影響。將電網(wǎng)電流的有功分量峰值一半乘上兩倍電網(wǎng)電壓相位，就得到了電網(wǎng)電流無(wú)功分量的瞬時(shí)值，如公式（12）所示。

易知電網(wǎng)電流諧波分量瞬時(shí)值等于電網(wǎng)電流減去電網(wǎng)電流有功分量的瞬時(shí)值和電網(wǎng)電流無(wú)功分量的瞬時(shí)值的和，如公式（13）所示。

2 單相無(wú)功和諧波電流檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)

使用Matlab軟件搭建的單相無(wú)功和諧波電流的檢測(cè)框圖如圖1所示。使用單相鎖相環(huán)（PLL）得到電網(wǎng)電壓的相位信號(hào)，將電網(wǎng)電流和電壓相位信號(hào)相乘后再乘上系數(shù)，經(jīng)過(guò)低通濾波器就可以得到有功電流的峰值，再和相位信號(hào)相乘，得到有功電流的瞬時(shí)值；將電網(wǎng)電流和電壓相位信號(hào)相乘后再乘上系數(shù)，經(jīng)過(guò)低通濾波器就可以得到無(wú)功電流的峰值，再和相位信號(hào)相乘，得到無(wú)功電流的瞬時(shí)值；用電網(wǎng)電流減去電網(wǎng)有功電流瞬時(shí)值和電網(wǎng)無(wú)功電流瞬時(shí)值的和，就得到電網(wǎng)高頻電流瞬時(shí)值，即諧波電流瞬時(shí)值。

3 仿真驗(yàn)證

將所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置應(yīng)用到并聯(lián)型SVG裝置中，在Matlab軟件中搭建的單相并聯(lián)型SVG系統(tǒng)框圖如圖2所示。其中thyristor rectifier bridge及其后端為非線性阻感負(fù)載，用于產(chǎn)生電網(wǎng)中的有功、無(wú)功和諧波電流，H bridge及其后端為SVG，SVG并聯(lián)在負(fù)載前端，用于補(bǔ)償負(fù)載給電網(wǎng)帶來(lái)的無(wú)功和諧波污染。

其中，is resolver和io resolver模塊就是所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置，is resolver用于檢測(cè)電網(wǎng)電流的有功無(wú)功和諧波電流分量，io resolver用于檢測(cè)負(fù)載交流輸入端電流的有功無(wú)功和諧波電流分量。系統(tǒng)運(yùn)行后的電網(wǎng)的電流波形，負(fù)載輸入電流和補(bǔ)償器輸出電流波形如圖3所示。此時(shí)電網(wǎng)電流和輸入電壓相位相同，只含有一個(gè)由高頻諧波形成的小尖峰。逆變器輸出電流相位同負(fù)載輸入電流和相位基本一致，此時(shí)負(fù)載和綜合補(bǔ)償裝置相互交換無(wú)功和諧波電流。從SVG有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)有功和無(wú)功的補(bǔ)償，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置是正確有效的。

在使用所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)SVG對(duì)電網(wǎng)無(wú)功和諧波電路補(bǔ)償后，用所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置對(duì)電網(wǎng)電流有功、無(wú)功和諧波電流分量，分解如圖4所示。此時(shí)無(wú)功電流分量只有A的波動(dòng)，且和有功分量相差相位角，諧波分量的能量也變得很小。從分解出有功和無(wú)功的相位關(guān)系，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置是正確的。

因此所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置可以實(shí)現(xiàn)SVG的有效運(yùn)行，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧電流波檢測(cè)裝置的正確性。

4 結(jié)語(yǔ)

該文通過(guò)對(duì)所提出的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，從理論上證明了該方案的可行性和正確性，并且通過(guò)Matlab模型搭建，給出了所提出的無(wú)功和諧波電流分量分解算法的實(shí)現(xiàn)框圖，最后搭建了并聯(lián)SVG無(wú)功和諧波綜合補(bǔ)償?shù)腗atlab仿真模型，將所提方法應(yīng)用到SVG系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了SVG對(duì)電網(wǎng)無(wú)功和諧波電流的有效補(bǔ)償，因此驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的無(wú)功和諧波電流檢測(cè)裝置的正確性。

參考文獻(xiàn)

[1] 田傳明.配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理研究[D].華北電力大學(xué)，2014.

[2] 王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3] 葛玉敏，李寶英，邢礫云.基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的單相電路諧波電流檢測(cè)方法的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2006（S2）：225-229.

[4] 李自成，孫玉坤，朱志螢.兩種基于瞬時(shí)功率理論的單相電路諧波電流檢測(cè)方法的比較研究[J].電測(cè)與儀表，2009（8）：33-38.