配電網(wǎng)有源電力濾波器的應(yīng)用

劉金龍

（國網(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H電壓源是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，當(dāng)非線性電流通過時(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。