有源滤波器的三相四线制谐波检测新方法研究
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韦 凯 ,吴 雷 ,蒋 峰 ,付焕森
(江南大学电气自动化研 究所 , 江苏 无锡 21 412 2 )
摘要 : 基于 瞬时 无功 理论的传统有源滤波器在三相 四线制 电路中 不适用 ,文 章针对这 个问题 ,综合 运用瞬 时无功 理 论中的 p2q方 法和 ip 2iq方法 ,提出了一种新的基于瞬时无功理论的有效的三相 四线 制谐波检测新方法 ,将三相电流中的 零 序电流剔除 ,完善了 p2q方法和 ip 2iq方法的不足 ,通 过计算验证了该方法适用于任何三相电路 ,包 括三 相四线制电路 ,并 且 三相电压波形的畸变不影响检测结果的准确性 。 并用 MAT LAB 仿真验证 了该方法 的准确性和 有效性 。该方法 有效地 解 决了传统有源滤波器不适用于三相四线制电路的缺陷 。 关键词 : 有 源滤 波器 ; 瞬时无功 ; 谐波 中图分类号 : T M7 11 文献标识码 : A
p2q 法是以瞬时实功率 p 和瞬时虚功率 q 定义为
含零序分量 ,所以 ip 2iq方法就不适用于三相四线制电 路中 。 本文提出一种新的方法 , 分析了 i iq方 法并对其 p 2 进行改进 , 使它可以准确的检测出三相四线制中三相 电流的基波负序分量 、 零序分量和谐波分量 , 从而使有 源滤波器可以通过指令电流计算出补偿电流 , 将三相 电流补偿为只含基波正序电流的正弦波。 谐波检测原理如图 3 所示。 该方法中需要获得与 A 相 电压 ea 同相位的正弦 和对应的余弦信号 。它们由一个锁相环 ( PLL ) 和一个 正、 余弦发生电路得到 。三相四线制电路中 , ia 、 ib 、 ic中 包含零序分量 , 且它们包含的零序分量相等 , 为 : i0 = ( ia + ib + ic ) /3 可以将每相中的零序分量剔除 ,即 :
收稿日期 : 2007 209 2 04 作者简介 : 韦 凯 ( 198 4 - ) ,男 , 控 制理论 控制工程 在读硕 士 研究生 ,研究方向为电 力电 子及电力传动 。
置 ,以其良好的滤波性能引起了人们广泛的关注 。有 源滤波即是利用功率半导体器件向电网注入与原谐波 电流幅值相同 、 相位相反的电流 ,使电源的总谐波电流 为零 ,达到实时补偿谐波电流的目的 。
[6 ]
。
β 经过三 相变两相的变换 阵 C32 后 , 可 以得到 α2 平面的瞬时电流为 :
i α i β ip iq 1 = 2 3 0 1 2 3 2 1 2 ia ib ic i α i β
’
3 两种检测方法的特点和局限性
[ 2, 5 ]
ia = C32 ib ic =C i α i β
ωt - cos ωt - sin
( 5)
通信电源技术
且 ip和 iq可以分解为 :
ip iq
200 8 年 1月 2 5 日第 25 卷第 1 期
韦 凯 等: 有源滤波器的三相 四线制谐波检测新方法研究
Te lecom Power Technologies Jan. 2 5 , 2 00 8, Vol . 2 5 No. 1
The Resea rch of a New M ethod of Harmon ics Detection U sed in 3 2 Phase 4 W ires Active Power Filter
W E I Kai , WU Le i , J I ANG Feng , F U Huan 2 sen ( Institute of Electrical Autom ation, Southern Yangtze University, W uxi 2 141 22 , China) Abstrac t: This paper ana lysis the ac tive power filter and instantaneous reac tive power theory . I n orde r to let the active powe r
ia ’= ia - i0 ib ’= ib - i0 ic ’= ic - i0
基础 。将瞬时有功功率 p 和无功功率 q 分解 , 分解出 由基波有功电压和有功电流所产生的 � p , 和由基波无 功电压和无功电流所产生的 � q。将 � p和 � q 进行相应的 反变换即可得出三相电流中的基波分量 iaf 、 ibf 、 icf , 与 三相电流相减就可以得到所需要检测的谐波分量 iah 、 ibh、 ich。
0 引 言
电力能源越来越在国民经济的发展中占据重要位 置 ,因此必须保证电力系统安全稳定的运行 。近年来 随着电力电子技术的飞速发展 , 工作在非线性条件下 的各种功率器件得到广泛的应用 。这些电力电子装置 在节约能源 、 提高生产效率和人们生活质量等方面起 着重要作用 ,然而由于电力电子装置的非线性和多样 性的特点 , 以及其功率容量的不断增大 , 大量的谐波和 无功电流注入电网 , 造成系统效率变低 , 功率因数变 差 ,使得电网受到谐波的污染并且日益严重 。在各种 工业及民用场合 ,对电能的质量要求变高 ,对供电质量 提出了更高的要求 , 电力系统谐波污染的治理问题已 经摆在电力工作者面前 。 过去 , 国内外大量采用无源滤波装置进行谐波抑 制 , 但无源滤波装置补偿频带窄 ,只能消除特定的几次 谐波 ,而对某些次谐 波会发生放大作用 , 滤波效果不 佳。 电力有源滤波器 ( Active Power F ilte r简称 APF )是 运用现代电力电子技术实现电 力系统谐波抑制的装
序电流和谐波电流检测出 , 从而使有源滤波器可以通 过指令电流计算出补偿电流 ,将三相电流补偿为只含 基波正序电流的正弦波 。 当三相电压发生畸变时 , p2q 方法的检测结果是不 准确的 。因为在 p 2q 方法中需要用到三相电压 ea 、 eb 、
ec参与谐波电流的检测运算 ,期望的 ea 、 eb 、 ec三相电压 值应该是无畸变的正弦波 , 畸变的波形会给谐波电流
filter could be used in 3 2phase 4 wire s circuits, a new me thod of ha r monic s detection is given in this paper, which is based on p2 q m ethod and ip 2 iq m ethod of the instantaneous reac tive powe r theory . This method remove the ze r o current, so it could be used in 32pha se 4 wires circuits and the re sult is accura te even if the vo ltage is distortion. The result of the sim ula tion shows tha t the me th 2 od is correct. The problem which the active powe r filte r could not be u sed in 3 2phase 4 wire s c ircuits is solved by this effec tive me thod. Key words: ac tive power filte r; instantaneous reactive powe r ; harmonics
通信电源技术
20 08 年 1月 25 日第 25 卷第 1 期
Telecom Powe r Technologie s Jan. 25 , 20 08 , Vol. 25 No. 1
文章编号 : 1009 2 366 4 ( 2008 ) 01 2 0 055 2 03
设计应用
有源滤波器的三相四线制谐波检测新方法研究
的检测带来误差。则补偿后的三相电流值必含有因为 电压畸变而产生的谐波成份 。 当三相电压发生畸变时 , ip 2iq方法的检测结果是
图 1 并联型 APF
准确的 。因为按 ip 2iq方法检测时 ,只取 A 相电压的相 ω t 和 cos ω t 参与谐波的检测 位 , 并由它产生相应的 sin 运算 。所以检测结果不受电压波形畸变的影响 , 检测 结果是准确的 [ 6 ] 。 但这两种方法都不适用于三相四线制电路 。在三 相四线制电路中 ia 、 ib、 ic中包含零序分量 , 而三相三线 制电路中 ia 、 ib 、 ic不含有零序分量。在 p 2q法和 ip 2iq法 中 , 所用到的 3 / 2 变换要求三相的电流之和为零 , 即参 与 3 /2 变换的三相电流中不含零序分量
[6]
。
图 2 串联型 APF
4 基于 ip 2iq方法谐波检测新方法
设三相电路的电压和电流的瞬时值分别为 ea 、 eb 、
ec和 ia 、 ib、 ic 。因为在三相四线制电路中 ia 、 ib 、 ic 中包
2 瞬时无功理论
[3 , 4 ]
有源滤波发展至今 , 研究出了很多检测谐波和无 功电流的方法 。如基波电流减去法 、 傅立叶分析法、 瞬 时空间矢量法 、 自适应检测法 、 瞬时无功理论等 , 其中 瞬时无功理论发展得较为成熟。 自从 1 983 年 H. Akagi提出瞬时无功理论以来 ,其 作为一种有效的检测谐波和无功电流的方法 , 在有源 滤波和无功补偿方面得到了广泛的应用和发展 。目前 基于瞬时无功理论的谐波和无功的检测主要有两种方 法 , p 2q法和 ip 2iq法 。
’
’
’
这两种检测方法都只适用于三相三线制电路 。在 三相三线制电路当中 , ia + ib + ic = 0 , 没有零序电流分 量 , 可以把瞬时的电流值分解为基波正序电流 i1 , 基波 负序电流 i2和谐波电流 ih 。两种方法都可以将基波负 56
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(江南大学电气自动化研 究所 , 江苏 无锡 21 412 2 )
摘要 : 基于 瞬时 无功 理论的传统有源滤波器在三相 四线制 电路中 不适用 ,文 章针对这 个问题 ,综合 运用瞬 时无功 理 论中的 p2q方 法和 ip 2iq方法 ,提出了一种新的基于瞬时无功理论的有效的三相 四线 制谐波检测新方法 ,将三相电流中的 零 序电流剔除 ,完善了 p2q方法和 ip 2iq方法的不足 ,通 过计算验证了该方法适用于任何三相电路 ,包 括三 相四线制电路 ,并 且 三相电压波形的畸变不影响检测结果的准确性 。 并用 MAT LAB 仿真验证 了该方法 的准确性和 有效性 。该方法 有效地 解 决了传统有源滤波器不适用于三相四线制电路的缺陷 。 关键词 : 有 源滤 波器 ; 瞬时无功 ; 谐波 中图分类号 : T M7 11 文献标识码 : A
p2q 法是以瞬时实功率 p 和瞬时虚功率 q 定义为
含零序分量 ,所以 ip 2iq方法就不适用于三相四线制电 路中 。 本文提出一种新的方法 , 分析了 i iq方 法并对其 p 2 进行改进 , 使它可以准确的检测出三相四线制中三相 电流的基波负序分量 、 零序分量和谐波分量 , 从而使有 源滤波器可以通过指令电流计算出补偿电流 , 将三相 电流补偿为只含基波正序电流的正弦波。 谐波检测原理如图 3 所示。 该方法中需要获得与 A 相 电压 ea 同相位的正弦 和对应的余弦信号 。它们由一个锁相环 ( PLL ) 和一个 正、 余弦发生电路得到 。三相四线制电路中 , ia 、 ib 、 ic中 包含零序分量 , 且它们包含的零序分量相等 , 为 : i0 = ( ia + ib + ic ) /3 可以将每相中的零序分量剔除 ,即 :
收稿日期 : 2007 209 2 04 作者简介 : 韦 凯 ( 198 4 - ) ,男 , 控 制理论 控制工程 在读硕 士 研究生 ,研究方向为电 力电 子及电力传动 。
置 ,以其良好的滤波性能引起了人们广泛的关注 。有 源滤波即是利用功率半导体器件向电网注入与原谐波 电流幅值相同 、 相位相反的电流 ,使电源的总谐波电流 为零 ,达到实时补偿谐波电流的目的 。
[6 ]
。
β 经过三 相变两相的变换 阵 C32 后 , 可 以得到 α2 平面的瞬时电流为 :
i α i β ip iq 1 = 2 3 0 1 2 3 2 1 2 ia ib ic i α i β
’
3 两种检测方法的特点和局限性
[ 2, 5 ]
ia = C32 ib ic =C i α i β
ωt - cos ωt - sin
( 5)
通信电源技术
且 ip和 iq可以分解为 :
ip iq
200 8 年 1月 2 5 日第 25 卷第 1 期
韦 凯 等: 有源滤波器的三相 四线制谐波检测新方法研究
Te lecom Power Technologies Jan. 2 5 , 2 00 8, Vol . 2 5 No. 1
The Resea rch of a New M ethod of Harmon ics Detection U sed in 3 2 Phase 4 W ires Active Power Filter
W E I Kai , WU Le i , J I ANG Feng , F U Huan 2 sen ( Institute of Electrical Autom ation, Southern Yangtze University, W uxi 2 141 22 , China) Abstrac t: This paper ana lysis the ac tive power filter and instantaneous reac tive power theory . I n orde r to let the active powe r
ia ’= ia - i0 ib ’= ib - i0 ic ’= ic - i0
基础 。将瞬时有功功率 p 和无功功率 q 分解 , 分解出 由基波有功电压和有功电流所产生的 � p , 和由基波无 功电压和无功电流所产生的 � q。将 � p和 � q 进行相应的 反变换即可得出三相电流中的基波分量 iaf 、 ibf 、 icf , 与 三相电流相减就可以得到所需要检测的谐波分量 iah 、 ibh、 ich。
0 引 言
电力能源越来越在国民经济的发展中占据重要位 置 ,因此必须保证电力系统安全稳定的运行 。近年来 随着电力电子技术的飞速发展 , 工作在非线性条件下 的各种功率器件得到广泛的应用 。这些电力电子装置 在节约能源 、 提高生产效率和人们生活质量等方面起 着重要作用 ,然而由于电力电子装置的非线性和多样 性的特点 , 以及其功率容量的不断增大 , 大量的谐波和 无功电流注入电网 , 造成系统效率变低 , 功率因数变 差 ,使得电网受到谐波的污染并且日益严重 。在各种 工业及民用场合 ,对电能的质量要求变高 ,对供电质量 提出了更高的要求 , 电力系统谐波污染的治理问题已 经摆在电力工作者面前 。 过去 , 国内外大量采用无源滤波装置进行谐波抑 制 , 但无源滤波装置补偿频带窄 ,只能消除特定的几次 谐波 ,而对某些次谐 波会发生放大作用 , 滤波效果不 佳。 电力有源滤波器 ( Active Power F ilte r简称 APF )是 运用现代电力电子技术实现电 力系统谐波抑制的装
序电流和谐波电流检测出 , 从而使有源滤波器可以通 过指令电流计算出补偿电流 ,将三相电流补偿为只含 基波正序电流的正弦波 。 当三相电压发生畸变时 , p2q 方法的检测结果是不 准确的 。因为在 p 2q 方法中需要用到三相电压 ea 、 eb 、
ec参与谐波电流的检测运算 ,期望的 ea 、 eb 、 ec三相电压 值应该是无畸变的正弦波 , 畸变的波形会给谐波电流
filter could be used in 3 2phase 4 wire s circuits, a new me thod of ha r monic s detection is given in this paper, which is based on p2 q m ethod and ip 2 iq m ethod of the instantaneous reac tive powe r theory . This method remove the ze r o current, so it could be used in 32pha se 4 wires circuits and the re sult is accura te even if the vo ltage is distortion. The result of the sim ula tion shows tha t the me th 2 od is correct. The problem which the active powe r filte r could not be u sed in 3 2phase 4 wire s c ircuits is solved by this effec tive me thod. Key words: ac tive power filte r; instantaneous reactive powe r ; harmonics
通信电源技术
20 08 年 1月 25 日第 25 卷第 1 期
Telecom Powe r Technologie s Jan. 25 , 20 08 , Vol. 25 No. 1
文章编号 : 1009 2 366 4 ( 2008 ) 01 2 0 055 2 03
设计应用
有源滤波器的三相四线制谐波检测新方法研究
的检测带来误差。则补偿后的三相电流值必含有因为 电压畸变而产生的谐波成份 。 当三相电压发生畸变时 , ip 2iq方法的检测结果是
图 1 并联型 APF
准确的 。因为按 ip 2iq方法检测时 ,只取 A 相电压的相 ω t 和 cos ω t 参与谐波的检测 位 , 并由它产生相应的 sin 运算 。所以检测结果不受电压波形畸变的影响 , 检测 结果是准确的 [ 6 ] 。 但这两种方法都不适用于三相四线制电路 。在三 相四线制电路中 ia 、 ib、 ic中包含零序分量 , 而三相三线 制电路中 ia 、 ib 、 ic不含有零序分量。在 p 2q法和 ip 2iq法 中 , 所用到的 3 / 2 变换要求三相的电流之和为零 , 即参 与 3 /2 变换的三相电流中不含零序分量
[6]
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图 2 串联型 APF
4 基于 ip 2iq方法谐波检测新方法
设三相电路的电压和电流的瞬时值分别为 ea 、 eb 、
ec和 ia 、 ib、 ic 。因为在三相四线制电路中 ia 、 ib 、 ic 中包
2 瞬时无功理论
[3 , 4 ]
有源滤波发展至今 , 研究出了很多检测谐波和无 功电流的方法 。如基波电流减去法 、 傅立叶分析法、 瞬 时空间矢量法 、 自适应检测法 、 瞬时无功理论等 , 其中 瞬时无功理论发展得较为成熟。 自从 1 983 年 H. Akagi提出瞬时无功理论以来 ,其 作为一种有效的检测谐波和无功电流的方法 , 在有源 滤波和无功补偿方面得到了广泛的应用和发展 。目前 基于瞬时无功理论的谐波和无功的检测主要有两种方 法 , p 2q法和 ip 2iq法 。
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这两种检测方法都只适用于三相三线制电路 。在 三相三线制电路当中 , ia + ib + ic = 0 , 没有零序电流分 量 , 可以把瞬时的电流值分解为基波正序电流 i1 , 基波 负序电流 i2和谐波电流 ih 。两种方法都可以将基波负 56
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