不對稱三相四線制系統(tǒng)有害電流的檢測方法.

1、文章編號：1000-582X (2002 10-0009-04不對稱三相四線制系統(tǒng)有害電流的檢測方法周林易強，秦梅,周小軍，葉一麟（重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶 400044摘 要:i p -i q 法能準(zhǔn)確、實時地檢測不對稱三相系統(tǒng)中的有害電流，被廣泛應(yīng)用于三相電力有源濾波器。目前，在檢測不對稱三相四線系統(tǒng)的有害電流時，均事先 剔除零序電流,然后再采用 i p -i q 法。通過理論分析證明,i p -i q 法經(jīng)過 3 口2變換 后 iai中都不含零序電流分量，并且基波正序分量不會受到影響，因此含有 3n2變換的 p -q 法、d -q 法、i p -i q 法都不會受到零序電流的影響,所以

2、這些檢測方法 都不用先剔除零序電流而直接用于不對稱三相四線系統(tǒng)有害電流檢測。理論和仿真 結(jié)果表明這種方法能正確檢測出基波零序、負(fù)序及諧波分量，從而改變了長期以來認(rèn)為 i p -i q 不能直接用于三相四線系統(tǒng)的觀點。關(guān)鍵詞:瞬時無功功率；有害電流檢測；三相四線制中圖分類號：TN713 文獻(xiàn)標(biāo)識 碼:A隨著電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,電網(wǎng)的諧波及三相不平衡冋題日益嚴(yán)重。準(zhǔn)確、實時地檢測電網(wǎng)諧波、基波負(fù)序和零序電流是 決定補償性能好壞的重要環(huán)節(jié)。20 世紀(jì) 80 年代初日本學(xué)者赤木泰文提出瞬時無功功率理論”即“pq 理論,使得電力有源濾波器的研究走出了實驗室，應(yīng)用于實際 生產(chǎn)中。但是，它只適用于三相電

3、壓正弦、對稱情況下的諧波電流檢測。在三相電 壓不對稱且含諧波成分時，瞬時有功 p、瞬時無功 q 中將不僅含有諧波，其直流分量 中還將含有電壓和電流中同頻率且同相序的諧波相作用產(chǎn)生的成分。因此，常規(guī)的p -q 法不能檢測出全部的有害電流，且計算量大。由 p -q 法演變而來的 i p -i q 法（瞬 時有功-無功電流運算法1-2和 d -q 法（基于平均狀態(tài)空間法 因采用了與 A 相電網(wǎng) 電壓同相位的正余弦信號而消除了電源電壓畸變、不對稱對檢測結(jié)果的影響，因此更適合電流的快速檢測。1 三相四線制有源濾波器及其有害電流檢測法對于三相三線制電路，由于它沒有零序電流，所以傳統(tǒng)的 i p -i q 法

4、和 d -q 法都 能正確檢測出有害電流，關(guān)于這方面的文獻(xiàn)很多，筆者不再詳敘。對于不對稱三相四線制電路，由于它有零序電流，必須對其進(jìn)行補償。目前研究較多的用于三 相四線制的有源電力濾波器(Active Power Filter ,簡稱 APF 主要采用兩種主電路結(jié) 構(gòu)3-5,一種是采用四橋臂變換器，每個橋臂分別與一路輸電線相對應(yīng)；另一種是采用 三橋臂變換器，其直流側(cè)采用中點抽頭的兩個電容器，抽頭中點與輸電線中線相接。 圖 1分別為采用這兩種變換器的 APF 原理示意圖,前者第 1、2、3 對橋臂分別用于 產(chǎn)生 A、B、C 三相的補償電流，第 4 臂橋?qū)ｉT用于對零線電流進(jìn)行補償；后者三 相電源的

5、零線與直流側(cè)母線中點相連，給零線電流提供通道。前者比后者多用一對 開關(guān)，其檢測和開關(guān)的驅(qū)動電路也比后者復(fù)雜，但它比后者少一個電容器，直流側(cè)電 容器電壓控制比后者簡單；而后者不但需要控制直流電壓恒定，而且需要控制兩電 容器電壓的平衡。文獻(xiàn)3,4,6,7認(rèn)為 3 口 2 變換只實用于三相三線制，不適用于三相四線制,針對圖1(a 所示的主電路結(jié)構(gòu)采用了圖 2(a 所示的先剔除零序電流的 i p -i q 檢測法,針對圖 1(b所示的主電路結(jié)構(gòu)采用了圖 2(b 所示的先剔除零序電流的 i p -i q 檢測法。筆者 認(rèn)為前者是合理的，因為這種結(jié)構(gòu)是用第 4 臂2002 年 10 月重慶大學(xué)學(xué)報Oct.

6、 2002 第 25 卷第 10 期Jour nal of Chongqing Uni versityV ol. 25 N o. 10u收稿日期:2002-06-13基金項目:重慶大學(xué)高電壓與電工新技術(shù)教育部重點實驗室資助作者簡介:周林（1961-,男,四川隆昌人,重慶大學(xué)副教授,博士生,主要從事電力 電子技術(shù)、FACTS 和電網(wǎng)諧波抑制方面的研究。橋來對零線電流進(jìn)行補償，故需檢測出零序電流來作為該臂橋控制所需的參考信號；但后者的零序電流補償由三相橋臂共同分 擔(dān),沒有單獨的零序補償橋臂，故無需檢測出零序電流，從檢測目的來分析，也無需剔 除零序分量，同樣可正確檢測出基波零序、負(fù)序和諧波電流(a

7、(b四臂橋變換器和三臂橋變換器的 APF原理示意圖(a(b圖中:Cap =n31-in2-in2n2三二；Lwt +2n +I 0n sin (nwt +0n i b =i 1b +i 2b +i 0bsinoCos -coswt-sin 圖 2 i p -i q 檢測法原理圖2 不對稱三相四線制系統(tǒng)的 i p -i q 檢測法i p -i q 檢測法的檢測原理如圖 3 所示,它為了消除電壓畸變對檢測的影響，采用鎖相環(huán)和正余弦發(fā)生器來獲得與 A 相電壓同相位 的正余弦信號。設(shè)在不對稱三相四線制電路中，負(fù)載電流瞬時值用 ia、i b、ic 表 示,它包括正序、負(fù)序和零序電流，下標(biāo) 0、1、2 分

8、別表示零序、正序、負(fù)序分量，則有：i a =i 1a +i 2a +i 0a =21/2nI 1nsin (nwt +1n +1 2n sin (n=21/2刀nI 1nsin (n3t + -|20n+圖 3 i p -i q 檢測法原理圖01 重慶大學(xué)學(xué)報2002 年I 2n sin (n3 t + 2n +120 +I 0n sin (n3t + Oni c =i 1c +i 2c +i 0c =2相IEIE整橋三二管ft1-i a i b i =1/2nI 1n sin (n3t +1n +120+1 2n sin (n3t +120n+I 0n sin (n3t + On (1其中三

9、相電流中所包含的零序分量均相等，即有:i Oa =i Ob =i Oc =(i a +i b +i cn3=2in2藝 I On sin (n3t + On 將 2 它們變換至aB兩相：iai =31-1n2-1n2On231-in2-in20n2-i 0ai Ob i 0+31-1 口21 口2n2-i 1a +i 2a i 1b +i 2b i 1c +i 2c3i Oa -i Ob -i Oc /20+i Obn 2c /+3i 1a +i 2a -1n2(i 1b +i 2b-1n2(i 1c +i 2c-i a i b i =n2(i 1b +i 2b-n2(i 1c +i 2ci

10、1 a +i 2ai+31/2nI 1nsin (n3t +1n +I 2n sin (n 3t +2n 31/2刀n-1 1n cos (n 3 t + 1n +I 2n cos (n 3t +2n =(3可見,經(jīng)過坐標(biāo)變換的 i a i 中不再含有零序分量。再將 i ai 變換為 ip、i q :i p i =sinoCosco-tosco-fein3iai =si-cos必Coswt-sin i 1a+i 2ai 1B+i 2=31/2刀nI 1ncos(n -1ot +131 1/2I 2nI 2ncos(n +13t +2n -31/2nI 1nsin(n -1 3t +1n 31/

11、2刀nsin(n +13t +2n (5i 1p +i 2p i 1q +i 2(4從上式可看出，由于 iai 中不含零序電流分量，因此通過它運算得出的有功和無功電流分量 ip、iq 中也不含零序電流分量，而只含正序和負(fù)序電流分量。ip、iq 的直流分量中當(dāng)然 更不會含零序分量，具體大小如下：31/2I11cos( 11-31/2I 11sin ( 11可見,i p、i q 的直流分量是由 i a、i b、i c 的基波正序分量產(chǎn)生的,與零序分 量無關(guān)。將它們反變換即得出：i 1af i 1b f i =C 23Ci p i =C 23111sin (3t +-I(fl1dos (3t +11

12、 =21/2I 11sin (3t +1121/21 11sin (3t +12121/2I 11sin (3t +11+120(6式(6 表明這種建立在三相三線制電路基礎(chǔ)上的i p -i q 法能正確檢測出三相四線制電路中的基波正序電流分量，因而同樣適用 于三相四線制系統(tǒng)。從上面的推導(dǎo)可以看出，三相電流在進(jìn)行 3 口2坐標(biāo)變換后已不 含零序分量，再經(jīng) C 變換得到的有功和無功電流分量 i p、i q 中當(dāng)然也不會含零序 分量。因此，零序分量不出現(xiàn)在直流分量中，直流分量中只含基波正序分量，而且其 值與先剔除零序的 i p -i q 法所得結(jié)果相同，反變換得到的也只是基波正序電流分量。將此基波正

13、序分量與負(fù)載電流 i a、i b、ic 相減,即得含基波零序、負(fù)序和諧波等有害電流的總和 i 3ad、i 3bd、i 3cd。因此,就圖 1（b 所示的主電路,所采用的 i p -i q 法無需先剔除零序電流,就 可把 i p-i q 檢測法直接應(yīng)用于不對稱三相四線制系統(tǒng)有害電流的檢測，同樣能夠正 確檢測出基波零序、負(fù)序及諧波分量。同樣,p -q 法、d -q 法也是首先對三相電流先進(jìn)行 3 口2變換,故也不會受零序電 流的影響，可直接應(yīng)用于三相四線制系統(tǒng)的有害電流的檢測，而不需事先剔除零序電 流。由于篇幅的原因，筆者不再對上述情況一一推導(dǎo)。3 仿真結(jié)果及分析為了驗證上述理論分析的正確性，將其

14、應(yīng)用于并聯(lián)型三相四線制有源電力濾波器的檢測系統(tǒng)，以補償不對稱負(fù)載產(chǎn)生的有 害電流,為與文獻(xiàn)4作比較,采用圖 1（b 所示的主電路結(jié)構(gòu),諧波源由一個帶電感性 負(fù)載的三相二極管整流橋和帶電阻性負(fù)載的一個單相二極管整流橋（連接在 b 相與 零線之間組成,直接應(yīng)用圖 3 所示 i p -i q 檢測法,其控制回路采用定時控制的滯環(huán) 比較方式。利用 Matlab 仿真軟件中的電力系統(tǒng)工具包（Power System T oolbox 和動 態(tài)仿真工具包（Si mul i n k 對該電路進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果如圖 4圖 6。11 第 25 卷第 10 期周 林等：不對稱三相四線制系統(tǒng)有害電流的檢測方法（a

15、 A 相電源電流波形（b B 相電源電流波形（c C 相電源電流波形（d 零線電流波 形tfs（a A相電源電流波形（b B 相電源電流波形（c C 相電源電流波形（d 零線電流波o JJOO一（a A 相有害電流檢測波形（b B 相有害電流檢測波形（c C 相有害電流檢測波形圖 6 基波零序、負(fù)序和諧波電流檢測的波形從圖中可以看出,i p -i q 檢測法能正確地檢測出系統(tǒng)中的基波零序、負(fù)序 和諧波電流，補償后電源電流為基波正序電流，與文獻(xiàn)3,4的實驗結(jié)果一致，具有比較理想的檢測效果。4 結(jié)論本文從理論上論證了 i p -i q 檢測法能直接用于三相四線制電路中基波零序、 負(fù)序和諧波電流的檢

16、測，無需事先剔除零序電流，這樣可以簡化檢測電路或減少計算量。仿真結(jié)果驗證了 該方法的正確性。參考文獻(xiàn)：1王兆安,李明,卓放.三相電路瞬時無功功率理論的研究J.電工技術(shù)學(xué)報，1992,7(3 :55-59.j/sJOO 02李明,王兆安,卓放.基于瞬時無功功率理論的高次諧波和無功功率檢測J.電力電子技術(shù),1992,26(2 :14-17.3卓放,楊君.三相四線制系統(tǒng)并聯(lián)型有源電力濾波器實驗研究J電力電子技術(shù),1999,33(6 :16-18.4卓放,楊君.三相四線制有源電力濾波器主電路的結(jié)構(gòu)形式與控制J.電工電能新技術(shù)，2000,19(2 :1-6.5ARE DES M. Three -phas

17、e four -wire shunt active filter con trol strategiesJ.IEEET rans P ower E lectronics , 1997, 12(2 :311-318.楊君,王兆安,邱關(guān)源.不對稱三相電路諧波及基波負(fù)序電流實時檢測方法研究J.西安交通大學(xué)學(xué)報，1996,30(3 :94-100.7王兆安,楊君.諧波抑制和無功功率補償M.北京:機械工業(yè)出版社,1998.(下轉(zhuǎn)第 16 頁Short 2T erm E lectric Load Forecasti ng B ased T rends Comb in ati on ModelZHAN G

18、Huai 2qing , Y U Ji 2hui , LI N K ai 2ying(C ollege of Electrical Engin eeri ng , Chongqing Uni versity , Chongqing 400044,ChinaAbstract :In short 2term load forecast ng based on ANN ,weather is one of the im portant factors which im pacts on load greatly.In order to capture the effect of weather on

19、 load , this paper presents a novel thoughtbased on ANN and trends comb in ati on short 2term load forecast ing. Decom pose the underly ing relati on ships betwee n load and weather variables into three main trends ofweekly , daily and hourly. Three separated ANNs capture each trend. Ano ther ANN to

20、arrive at the final forecast comb ines the forecasts yielded by in dividual ANNs. Theperformances of the proposed m odel and the traditional m odel are com pared on the basisof one 2week 2ahead hourly forecasts. Results in dicate that the proposed ANN based model can achieve greater forecast ing acc

21、uracy tha n the traditi onal ANN based m odel.K ey w ords :artificia In eural n etw ork ; trends comb in ati on ; short 2term loadforecasti ng（責(zé)任編輯李勝春（上接第 12 頁A Detecti ng Method of H arm ful Curre ntsin Three 2Phase Four 2Wire Asymmetrical SystemZHOU Lin，丫I Qia ng , QI N Mei , ZHOU X iao 2jun , YE

22、Y i 2lin（C ollege of Electrical Engin eeri ng , Chongqing Uni versity , Chongqing 400044, ChinaAbstract :Becausei p -i q detect ing method can detect harm ful curre nts accuratelyand real -timely under three 2phase four 2wire unsymmetrical system , it is widely used inactive power filters. At present , detecting harm ful currents under three 2phase four 2wireun symmetrical system we should subtract zero seque nee curre nt before adopt i p -iq detect ing method. It is proved that for the i p -i q detect ing method , there is n o zerosequenee curr