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        瞬時(shí)無(wú)功理論下的無(wú)功電流檢測(cè)方法探討

        2018-01-30 08:46:44卞漫娟
        智富時(shí)代 2018年10期
        關(guān)鍵詞:檢測(cè)方法探討

        卞漫娟

        【摘 要】本文通過(guò)分析目前常用的各種電力系統(tǒng)無(wú)功電流檢測(cè)方法的優(yōu)劣,按照不同補(bǔ)償要求,采用了ip-iq法和Hilbert法兩種具體的檢測(cè)方法。運(yùn)用Maflab對(duì)兩種方法的仿真模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能分析,最終在工控機(jī)硬件平臺(tái)下進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,這兩種算法均能很好地檢測(cè)出三相系統(tǒng)中的無(wú)功電流,從而達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

        【關(guān)鍵詞】瞬時(shí)無(wú)功理論;無(wú)功電流;檢測(cè)方法;探討

        一、瞬時(shí)無(wú)功功率理論和無(wú)功檢測(cè)方法

        在1983年間,赤木泰文提出了著名的三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論,這在世界上具有非常重要的影響作用。具有2種不同的運(yùn)算方式,主要體現(xiàn)在p,g運(yùn)算方式與ip,iq法運(yùn)算。綜合運(yùn)用兩路電壓與三路電流信號(hào)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分利用p,g運(yùn)算方式,在這種制作過(guò)程中應(yīng)當(dāng)利用兩路電壓和三路電流信號(hào),這種運(yùn)算方式具有很大的優(yōu)勢(shì),同時(shí)也具有受電壓畸變與三相電壓不平衡的缺陷,不可避免地出現(xiàn)了比較大的檢測(cè)誤差。制作過(guò)程中充分運(yùn)用了正弦信號(hào),以此來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的電壓信號(hào)。

        二、兩種檢測(cè)方法的原理簡(jiǎn)介

        1.ip-iq無(wú)功電流檢測(cè)法的原理

        為了有效降低電壓畸變對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)中的作用,需要充分運(yùn)用正余弦發(fā)生器與鎖相環(huán)的作用得到同相位之下的正余弦信號(hào),并基于此數(shù)據(jù)得到ip-iq數(shù)值,進(jìn)而計(jì)算出ip,iq的直流分量,在運(yùn)算過(guò)程中只需要得到基波正序有功分量即可,采用的計(jì)算方式是對(duì)ip的直流分量ip進(jìn)行反變換運(yùn)算,之后再將得到的數(shù)據(jù)與補(bǔ)償之前的電流進(jìn)行相減處理,從而最終得到相應(yīng)的補(bǔ)償電流。采用這種計(jì)算方式是因?yàn)橹挥杏泄﹄娏鞑艜?huì)影響到基波正序有功電流分量,其他因素的影響可以忽略不計(jì)。

        結(jié)合對(duì)稱分量法中的表達(dá),在本文的研究中把三相三線電力負(fù)荷的電流分量ia,ib,ic等幾個(gè)單元分別進(jìn)行正序分量組、負(fù)序分量組以及零序分量等三個(gè)等級(jí)的表示。零序電流分量不在三相三線制電力系統(tǒng)的研究范圍之中,結(jié)合這一研究成果,可以把系統(tǒng)電流表示成負(fù)序分量組與正序分量組兩個(gè)組成部分。

        2. Hilbert濾波法的原理

        得出三相負(fù)荷電流的瞬時(shí)值應(yīng)當(dāng)滿足一定的條件,首先表現(xiàn)在三相電源電壓和三相負(fù)荷電流的瞬時(shí)值應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)時(shí)刻進(jìn)行采樣,同時(shí)還需要使得電壓與電流實(shí)現(xiàn)90度的相移。這一條件的提出具有非常重要的影響作用,也是研究過(guò)程中的重要研究要點(diǎn),基于Hilbert濾波法的運(yùn)用能夠有效實(shí)現(xiàn)這一目的。

        理想狀態(tài)下的離散Hilbert變換的頻域傳遞函數(shù)中的福頻特性數(shù)值是1,需要對(duì)負(fù)頻率成分進(jìn)行充分地90度的相移處理,在正頻率成分方面要求進(jìn)行負(fù)90度相移的線性變換處理。

        基于兩組數(shù)字濾波器F1與F2的運(yùn)用能夠?qū)崿F(xiàn)有效地單輸入、單輸出的濾波系統(tǒng)的運(yùn)行,組成Hilbert移相濾波系統(tǒng),在具體的運(yùn)用過(guò)程中基于數(shù)字信號(hào)X的輸入,以F1與F2進(jìn)行表示,通過(guò)Hilbert移相濾波系統(tǒng)的處理能夠在。)內(nèi)幅頻成分基本不變的條件下得到的兩個(gè)輸出信號(hào)Y1與Y2。同時(shí)這兩個(gè)輸出信號(hào)在頻率成分方面存在著90度的相位差值,具體數(shù)值如下圖所示。

        3.ip-iq算法與Hilbert濾波法之間的綜合比較

        ip-iq算法與Hilbert濾波法在不同檢測(cè)條件下具有不同的檢測(cè)結(jié)果,這兩種算法方式在b相誤差值處在相等的條件之下,同時(shí)在a與c相的誤差值上ip-iq算法比Hilbert濾波法數(shù)值要高,Hilbert濾波法具有比較精確的檢測(cè)精度。但是Hilbert濾波法具有比較高的仿真模型中濾波器的階數(shù),但是在響應(yīng)速度方面與ip-iq算法相比存在一定的缺陷。同時(shí)ip-iq算法具有比較高的檢測(cè)電路,需要面對(duì)比較大數(shù)量的計(jì)算量,同時(shí)在電路的調(diào)整上也具有比較大的困難。而采用Hilbert濾波法具有比較簡(jiǎn)易的工作檢測(cè)數(shù)值,需要對(duì)控制過(guò)程進(jìn)行完全的數(shù)字化處理,這在很多工程領(lǐng)域的運(yùn)用過(guò)程中具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值。圖3顯示了主電路原理圖。

        三、硬件實(shí)現(xiàn)

        1.在檢測(cè)系統(tǒng)方面的硬件結(jié)構(gòu)分析

        檢測(cè)系統(tǒng)中使用了研華系列工控機(jī)為控制平臺(tái),在這系統(tǒng)中運(yùn)用了電流采樣電路與外部的電壓采樣等。為了促進(jìn)系統(tǒng)的充分運(yùn)用,使用了PCI-1711與PCI一1751兩塊PCI接口卡。不同的設(shè)計(jì)具有不同的應(yīng)用方式,其中PCI-1711系統(tǒng)的運(yùn)用主要運(yùn)用在無(wú)功電流檢測(cè)結(jié)果輸出、A/D轉(zhuǎn)換、電流數(shù)據(jù)的采集以及電壓數(shù)值的采集等多種功能。PCI-1751系統(tǒng)的運(yùn)用主要的目的在于內(nèi)部定時(shí)器中斷等各項(xiàng)工作部分。具體的分析數(shù)據(jù)見(jiàn)下圖4。

        2.ip-iq檢測(cè)算法

        在本文的研究過(guò)程中,針對(duì)定時(shí)器中斷時(shí)間是200s,具體主要表現(xiàn)在一個(gè)周期內(nèi)具有100個(gè)中斷,在本文的研究過(guò)程中,得到了三相無(wú)功電流瞬時(shí)值iqa,iqb,iqc與三相無(wú)功電流有效數(shù)值等。最后把有效值結(jié)合運(yùn)算方法得到電壓值,基于D/A轉(zhuǎn)換通道能夠?qū)⑵漭敵龅绞静ㄆ髦小?/p>

        3. Hilbert濾波法

        在Hilbert濾波法的運(yùn)用過(guò)程中將定時(shí)器中斷時(shí)間設(shè)置為833s,主要體現(xiàn)在一個(gè)周期中包含了24個(gè)中斷過(guò)程,同時(shí)在其他方面與ip-iq檢測(cè)算法基本一致。利用開(kāi)關(guān)通斷改變系統(tǒng)的負(fù)載,通過(guò)大約1-2個(gè)周波的運(yùn)行,能夠達(dá)到比較穩(wěn)定的a,b相無(wú)功電流,能夠得到與前面比較相似的變化趨勢(shì)結(jié)果。

        四、結(jié)束語(yǔ)

        通過(guò)本文的研究分析,Hilbert濾波法能夠得到比ip-iq檢測(cè)算法更加高的精度。Hilbert濾波法能夠得到比較比ip-iq檢測(cè)算法更加高的相應(yīng)速度,能夠達(dá)到1.75個(gè)周波,在本文的研究過(guò)程中具有超過(guò)4-5倍Hilbert法的控制運(yùn)算耗時(shí)。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]王一情. 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的STATCOM諧波和無(wú)功電流檢測(cè)研究[D]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2016.

        [2]強(qiáng)學(xué)斌, 宋建成, 許春雨. 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波和無(wú)功電流檢測(cè)方法的研究[C]// 山西省電工技術(shù)學(xué)會(huì)2013學(xué)術(shù)年會(huì). 2013.

        [3]易桂平, 胡仁杰. 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的諧波電流檢測(cè)法研究[J]. 電力與能源, 2014, 35(5):566-571.

        [4]袁洪德. 基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的有源電力濾波器諧波和無(wú)功檢測(cè)的研究[D]. 天津理工大學(xué), 2015.

        [5]趙斌, 王維慶, 王海云,等. 基于改進(jìn)瞬時(shí)無(wú)功理論的負(fù)序電流檢測(cè)方法研究[J]. 華東電力, 2014, 42(3):541-546.

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