配電網有源電力濾波器的應用

2020-12-15 08:36:20劉金龍

關鍵詞：檢測

劉金龍

（國網黑龍江省電力有限公司哈爾濱供電公司，黑龍江哈爾濱150010）

隨著現代電力行業的不斷發展，非線性設備的使用所產生的諧波已經極大的污染了電力系統，并且會設備產生危害，因此，筆者將采用APF 對諧波進行監測，并且通過仿真對所提出的方法進行驗證。

1 諧波的介紹

因為國際電壓源是標準的正弦波，當非線性電流通過時則會失真，且電壓也隨之改變。諧波的具體定義如下：一個任意的周期信號，可分化為幾個單一頻率的疊加的正弦波，這些正弦波中，最低頻率的一個稱為基波，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，傅里葉級數形式是：

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

作為新型消除諧波的裝置，APF 不僅可以用于補償諧波，同時也可以對無功功率進行補償，有效避免了傳統補償諧波的方式，在圖1 中，即為APF 基本原理圖。

圖1

在補償諧波電流時，補償電流的指令信號IX由APF 檢測出對象負載電流iL的諧波分量ILA并將其反極性后得到。補償電流發生電路產生的補償電流ic與負載中諧波iLA大小相等、方向相反，兩者相互抵消，諧波被消除。

在目前的電力系統之中，應用最為廣泛的即是并聯型APF，其根據諧波電流大小的變化，向系統中注入與諧波電流極性相反的電流，以此達到補償消除諧波的目的。

在20 世紀80 年代初期，日本學者首次提出瞬時無功功率理論，與傳統理論相比，該理論全部是用瞬時值而非平均值所給出的。對下文所提出的諧波檢測方法提供了理論支撐。

首先，假設三相電流的瞬時值分別為ia、ib、ic，其對應的三相電壓瞬時值分別為ea、eb、ec，在空間直角坐標系內構建出其關系式為：

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

將對稱三相有功以及無功功率分別記做q 和p，由此可以推導出功率與電壓矢量e 的關系式為：

假設三相電壓以及電流的表達式如下：

按上述理論，經計算可得：

不難發現，基于瞬時值的功率定義可以認為是傳統定義的推廣。

MATLAB 作為性能強大的數字編程軟件，它可以進行建模仿真、算法設計等諸多工作，因此，在本文中，采用MATLAB 搭建并聯型APF 仿真模型，仿真模型當中主要有諧波檢測模塊、測量模塊、主電路模塊以及控制模塊所組成。在下表當中即為各個模塊的參數設置。

表1

圖2

在MATLAB 軟件中設置其算法為ode23b，仿真時間設置為0.1s，通過對A 相電流分析不難得出，電流并非標準正弦波形，而是發生了較大畸變，分別采用兩種檢測算法進行諧波檢測，獲得基波波形圖如下所示：

圖3 P-q 檢測算法波形示意圖

圖4 ip-iq 檢測算法波形示意圖

通過比較二者檢測算法波形不難發現，在電壓不發生畸變的情況下，二者的檢測效果大致相同。

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

圖5

分別采用p-q 檢測法以及ip-iq檢測法對畸變電流進行檢測，仿真結果如下：

圖6

圖6 為采用ip-iq檢測法所得出的波形，可以看出基波電流波形仍是標準正弦波型，畸變電流并未對其產生影響。

圖7

圖7 為采用p-q 檢測法所得出的波形，可以看出由于受到畸變電流干擾，所得出波形并非標準正弦波形。

通過對配電區有源電力濾波器分析介紹，以及對不同種諧波檢測法進行分析比對，不難得出ip-iq檢測法在電壓畸變情況下的精確度遠比p-q 檢測法要高。因此ip-iq法具備比較好的檢測效果。