三相無(wú)功補(bǔ)償及諧波治理的仿真研究

吳林峰　趙國(guó)良

摘 要：為了電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，需要對(duì)電網(wǎng)中的無(wú)功功率和諧波分量分別進(jìn)行補(bǔ)償和治理。根據(jù)瞬時(shí)功率理論，運(yùn)用理論中ip-iq無(wú)功電流檢測(cè)算法，從相電流中分離出無(wú)功電流分量和諧波電流分量；再采用電流反饋和電壓反饋的雙閉環(huán)控制，來(lái)穩(wěn)定和精確需要輸出的補(bǔ)償電流。以此來(lái)充分補(bǔ)償相電流中的無(wú)功分量和諧波分量，從而增強(qiáng)電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵字：無(wú)功補(bǔ)償；諧波治理；仿真；三相系統(tǒng)

1 前言

城市的發(fā)展帶動(dòng)了農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和勞動(dòng)人民的富裕，人們生活水平的提升，有一大部分體現(xiàn)在了家用電器方面，智能電子學(xué)科豐富了電器的種類(lèi)，給了人們?nèi)碌纳钯|(zhì)量體驗(yàn)；但是各種電器功能的應(yīng)用和電器數(shù)量的增加，對(duì)電網(wǎng)的壓力也增加了。使電網(wǎng)中無(wú)功功率的含量升高，諧波對(duì)電網(wǎng)的影響也越來(lái)越大。

通過(guò)建立一個(gè)無(wú)功電流發(fā)生器，來(lái)補(bǔ)償電網(wǎng)中的無(wú)功電流，在檢測(cè)和補(bǔ)償無(wú)功電流的同時(shí)，我們需要對(duì)相電流中的諧波分量適當(dāng)?shù)臑V除，諧波的主要治理工作在分解得到有功和無(wú)功電流之后，則將有功電流進(jìn)行分離，得到有功直流分量。與相電流相減，則可以得到需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功電流分量與諧波電流分量之和。將其作為補(bǔ)償電流，則補(bǔ)償后的結(jié)果是，電網(wǎng)中只剩下相電流的有功直流分量。即可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波治理。

2 ip-iq檢測(cè)算法

最初是由赤木泰文提出的三相電路瞬時(shí)無(wú)功功率理論，也被稱(chēng)為p-q理論，此理論是以瞬時(shí)實(shí)功率p和瞬時(shí)虛功率q的定義為基礎(chǔ)的；而ip-iq理論是由p-q理論分析進(jìn)化得來(lái)的，ip-iq理論則是以瞬時(shí)有功電流ip和瞬時(shí)無(wú)功電流iq為基礎(chǔ)的理論。

如圖1所示，ip-iq的理論算法只需要三相電流ia、ib、ic和a相電壓ua。由ua經(jīng)鎖相環(huán)PLL，鎖存ua的頻率、相位，再通過(guò)正余弦信號(hào)發(fā)生器電路生成正弦sin和余弦cos信號(hào)。對(duì)三相電流ia、ib、ic進(jìn)行Clark變換，得到實(shí)電流ialfa、虛電流ibeta，則根據(jù)定義，經(jīng)過(guò)C矩陣變換就可得到有功電流ip和無(wú)功電流iq。經(jīng)LPF濾波器濾波后得到有功電流直流分量ip*和無(wú)功電流直流分量iq*，則將有功電流直流分量ip*和無(wú)功電流直流分量iq*進(jìn)行C矩陣變換，得出直流分量實(shí)電流ialfaf和直流分量虛電流ibetaf，再由Clark反變換，形成相電流（濾除諧波）ia*、ib*、ic*。最后得到諧波電流iax=ia-ia*，ibx=ib-ib*，icx=ic-ic*。

若要得到諧波電流和無(wú)功電流，則在上述原理圖中將無(wú)功電流iq計(jì)算過(guò)程斷開(kāi)即可；若只要得到無(wú)功電流，則直接將無(wú)功電流iq輸入C矩陣計(jì)算，無(wú)需進(jìn)過(guò)LPF濾波，斷開(kāi)有功電流ip的計(jì)算。

3 仿真結(jié)果分析

當(dāng)t=0s時(shí)，電阻和感抗負(fù)載在運(yùn)行；當(dāng)t=0.02s時(shí)，整流電路負(fù)載接入電網(wǎng)開(kāi)始運(yùn)行；當(dāng)t=0.04s時(shí)，三相無(wú)功補(bǔ)償裝置開(kāi)始作用，補(bǔ)償了無(wú)功電流和諧波電流；當(dāng)t=0.08s時(shí)，整流電路負(fù)載斷開(kāi)，諧波電流消失；當(dāng)t=0.12s時(shí)電阻和感抗負(fù)載斷開(kāi)。

通過(guò)對(duì)圖2、圖3的比較分析，可以看出：t=0.04s時(shí)，無(wú)功功率補(bǔ)償裝置開(kāi)始補(bǔ)償無(wú)功電流和諧波電流，且補(bǔ)償效果很好，補(bǔ)償后的相電流為標(biāo)準(zhǔn)正余弦波形，頻率50Hz，相電流與相電壓之間的相位差很小，近似為零。在t=0.12s時(shí)，其兩個(gè)負(fù)載均斷開(kāi)系統(tǒng)，然而由于這個(gè)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)在檢測(cè)環(huán)節(jié)運(yùn)用了低通濾波器，導(dǎo)致了補(bǔ)償電流的滯后；在圖2、圖3中t>0.12s時(shí)，仍有相電流。

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作者簡(jiǎn)介

吳林峰，安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，研究方向：無(wú)功補(bǔ)償。