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        配電網(wǎng)有源電力濾波器的應(yīng)用

        2020-12-15 08:36:20劉金龍
        科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新 2020年36期
        關(guān)鍵詞:正弦波基波檢測(cè)法

        劉金龍

        (國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司,黑龍江 哈爾濱150010)

        隨著現(xiàn)代電力行業(yè)的不斷發(fā)展,非線性設(shè)備的使用所產(chǎn)生的諧波已經(jīng)極大的污染了電力系統(tǒng),并且會(huì)設(shè)備產(chǎn)生危害,因此,筆者將采用APF 對(duì)諧波進(jìn)行監(jiān)測(cè),并且通過(guò)仿真對(duì)所提出的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

        1 諧波的介紹

        因?yàn)閲?guó)際電壓源是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波,當(dāng)非線性電流通過(guò)時(shí)則會(huì)失真,且電壓也隨之改變。諧波的具體定義如下:一個(gè)任意的周期信號(hào),可分化為幾個(gè)單一頻率的疊加的正弦波,這些正弦波中,最低頻率的一個(gè)稱為基波,頻率為基波頻率n 倍的正弦波稱為諧波[1]。

        非正弦電流i(t),其周期是T=2π/ω,在切合狄里赫利的前提下,傅里葉級(jí)數(shù)形式是:

        式(1)傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式中,基波電流分量的頻率為系統(tǒng)周期倒數(shù),諧波電流分量的頻率為基波頻率整數(shù)倍[5],電壓諧波分析與電流諧波分析方法相同。

        2 APF 工作原理與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

        2.1 APF 工作原理

        作為新型消除諧波的裝置,APF 不僅可以用于補(bǔ)償諧波,同時(shí)也可以對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償,有效避免了傳統(tǒng)補(bǔ)償諧波的方式,在圖1 中,即為APF 基本原理圖。

        圖1

        在補(bǔ)償諧波電流時(shí),補(bǔ)償電流的指令信號(hào)IX由APF 檢測(cè)出對(duì)象負(fù)載電流iL的諧波分量ILA并將其反極性后得到。補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流ic與負(fù)載中諧波iLA大小相等、方向相反,兩者相互抵消,諧波被消除。

        2.2 APF 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

        在目前的電力系統(tǒng)之中,應(yīng)用最為廣泛的即是并聯(lián)型APF,其根據(jù)諧波電流大小的變化,向系統(tǒng)中注入與諧波電流極性相反的電流,以此達(dá)到補(bǔ)償消除諧波的目的。

        3 瞬時(shí)無(wú)功功率理論

        在20 世紀(jì)80 年代初期,日本學(xué)者首次提出瞬時(shí)無(wú)功功率理論,與傳統(tǒng)理論相比,該理論全部是用瞬時(shí)值而非平均值所給出的。對(duì)下文所提出的諧波檢測(cè)方法提供了理論支撐。

        首先,假設(shè)三相電流的瞬時(shí)值分別為ia、ib、ic,其對(duì)應(yīng)的三相電壓瞬時(shí)值分別為ea、eb、ec,在空間直角坐標(biāo)系內(nèi)構(gòu)建出其關(guān)系式為:

        在平面正交系α-β 內(nèi),將兩相電流值iα、iβ以及兩相電壓值eα、eβ分別進(jìn)行同向分解可得如下關(guān)系式:

        將對(duì)稱三相有功以及無(wú)功功率分別記做q 和p,由此可以推導(dǎo)出功率與電壓矢量e 的關(guān)系式為:

        假設(shè)三相電壓以及電流的表達(dá)式如下:

        按上述理論,經(jīng)計(jì)算可得:

        不難發(fā)現(xiàn),基于瞬時(shí)值的功率定義可以認(rèn)為是傳統(tǒng)定義的推廣。

        4 MATLAB 仿真分析

        MATLAB 作為性能強(qiáng)大的數(shù)字編程軟件,它可以進(jìn)行建模仿真、算法設(shè)計(jì)等諸多工作,因此,在本文中,采用MATLAB 搭建并聯(lián)型APF 仿真模型,仿真模型當(dāng)中主要有諧波檢測(cè)模塊、測(cè)量模塊、主電路模塊以及控制模塊所組成。在下表當(dāng)中即為各個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置。

        表1

        4.1 在電壓無(wú)畸變情況下二者仿真比對(duì)

        圖2

        在MATLAB 軟件中設(shè)置其算法為ode23b,仿真時(shí)間設(shè)置為0.1s,通過(guò)對(duì)A 相電流分析不難得出,電流并非標(biāo)準(zhǔn)正弦波形,而是發(fā)生了較大畸變,分別采用兩種檢測(cè)算法進(jìn)行諧波檢測(cè),獲得基波波形圖如下所示:

        圖3 P-q 檢測(cè)算法波形示意圖

        圖4 ip-iq 檢測(cè)算法波形示意圖

        通過(guò)比較二者檢測(cè)算法波形不難發(fā)現(xiàn),在電壓不發(fā)生畸變的情況下,二者的檢測(cè)效果大致相同。

        4.2 在電壓畸變情況下二者仿真比對(duì)

        為了使電壓發(fā)生畸變,在220V 正弦電壓中加入了諧波電壓,同樣取其A 相波形參考,不難發(fā)現(xiàn),其電壓波形畸變嚴(yán)重,而圖5 即為A 相電流失真后波形。

        圖5

        分別采用p-q 檢測(cè)法以及ip-iq檢測(cè)法對(duì)畸變電流進(jìn)行檢測(cè),仿真結(jié)果如下:

        圖6

        圖6 為采用ip-iq檢測(cè)法所得出的波形,可以看出基波電流波形仍是標(biāo)準(zhǔn)正弦波型,畸變電流并未對(duì)其產(chǎn)生影響。

        圖7

        圖7 為采用p-q 檢測(cè)法所得出的波形,可以看出由于受到畸變電流干擾,所得出波形并非標(biāo)準(zhǔn)正弦波形。

        5 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)配電區(qū)有源電力濾波器分析介紹,以及對(duì)不同種諧波檢測(cè)法進(jìn)行分析比對(duì),不難得出ip-iq檢測(cè)法在電壓畸變情況下的精確度遠(yuǎn)比p-q 檢測(cè)法要高。因此ip-iq法具備比較好的檢測(cè)效果。

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