瞬時(shí)無功理論下的無功電流檢測方法探討

卞漫娟

【摘 要】本文通過分析目前常用的各種電力系統(tǒng)無功電流檢測方法的優(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出三相系統(tǒng)中的無功電流，從而達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

【關(guān)鍵詞】瞬時(shí)無功理論；無功電流；檢測方法；探討

一、瞬時(shí)無功功率理論和無功檢測方法

在1983年間，赤木泰文提出了著名的三相電路瞬時(shí)無功功率理論，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)過程中應(yīng)當(dāng)充分利用p，g運(yùn)算方式，在這種制作過程中應(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)了比較大的檢測誤差。制作過程中充分運(yùn)用了正弦信號(hào)，以此來實(shí)現(xiàn)有效的電壓信號(hào)。

二、兩種檢測方法的原理簡介

1.ip-iq無功電流檢測法的原理

為了有效降低電壓畸變對(duì)系統(tǒng)檢測中的作用，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濾波法在不同檢測條件下具有不同的檢測結(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濾波法具有比較簡易的工作檢測數(shù)值，需要對(duì)控制過程進(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.在檢測系統(tǒng)方面的硬件結(jié)構(gòu)分析

檢測系統(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)用在無功電流檢測結(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)見下圖4。

2.ip-iq檢測算法

在本文的研究過程中，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，在本文的研究過程中，得到了三相無功電流瞬時(shí)值iqa，iqb，iqc與三相無功電流有效數(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)中斷過程，同時(shí)在其他方面與ip-iq檢測算法基本一致。利用開關(guān)通斷改變系統(tǒng)的負(fù)載，通過大約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

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

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