广义瞬时无功功率理论在广义有源电力滤波器参考电流检测中应用研究.docx

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1、第21卷整1期长沙电力学院学报(自然科学茴)Vo121NaI2006年2月JOURNA1OFCHANGSHAUNVERSnYOFH.ECIRIFWHt(NATURA1SCECEJFeh2006广义瞬时无功功率理论在广义有源电力滤波器参考电流检测中应用研究王笛S.粟时平JO.湖H1大学电与信息工程竽反湖南长沙4I0W22长沙威胜电子育限公司,湖由长沙410013;长沙QT大学电气与信息Tfi学院湖南长沙410076)摘要：对广义有源电力源波器和广义无功功率理论在广义有源电力嵬波器参考电流检测中的应用问魁进行了研究.介貂了广义育源电力波波Si的主电路.工作原理以及参考电流检测方法.给出了仿真结果理

2、论分析和仿真结果矗示.使用六桥冒IWM变流读实现广义有源电力通渡己的主电路.基于6()正交变粳的广义眼时无功功率JI论检测广义有源电力泣波秘的参考电流.使广义府谡电力潴波，具有功雒强.惶墟好以及考电潦检测实时愎蜉.精度高、实现容易等特点关键词：广义喜源电力谑波港.广义BS时无功功率理论.参考电流.检走.皮用中图分类号TXt714文献标识码：A文章编号；IOO671S(2006)01000505Study(ntheApp1icatbnofGenera1izedhstenbneousReactkePowerTheoryhtheReferenth1CurrentDctectnnofGenera1Ee

3、dActivePowerFi1terWANGDiSUShi-ping(1SCh1K1ofE1ectrica1Midh1mdubEI塔inef唱.HunabUahrniiy.ChM4u4182.Chx1ChanfUWbncfectkfc1.mdCoontim,Qutfu410013,China;1SckN1i)fHkcioi1ukiXhfMjtChMgUMUnfurrwityOfSCMtICVudTcvBbgy.CKjng4w41(X)76thauAbstract:?genera1izedactivepowerfi1ter(GPF)andthe叩P1iCatbnPDb1anQfFneni1ize

4、dEsuntane-ouseactiveP(Mertheoryin(heIVfb1enda1currentdeenaridneticofaGXPFateutducedand(heea1tsofaSinII1ativeCxperrnentonIheGKPFaegivenHere,athreednuh1e-hrigcnnFwMconvertrisU1i-IiTedtactua1ize(hemainCnrUiIoftheGPFandagcnera1rdinuannncoiKtractivepcoy收稿日期：2005U.IO基金旧目源*自然X字基金项目(Q2JJY4SO)竹塞M介王窗皿心.男,工理修帽

5、士研次生.主要从事电力系及储燃与电能计等方金的胡究ChiSUCJomu1H1cciroiucP1A11rightsM-w.ckKascdontheOBoOrtI1OgDna1(TansfoiI1arbnisCmPbyCdt)detectthefecnta1currentsof(heGXPEThmughtheIheO1yana1ysisandccnputersmuhtbn,itis4)CWnthattheP1DPOsCdGAPFhasdiecharac-KristicsofmanyItinctinns.tawrahIcper1nniancesandSCnandthereairadvantages

6、offaomb1eora1tmc.highprecsbnandcawfraIizainnetcinthe(IctectnnofthewggcMrdrcfevnt3CUnVntSKeywords:genera1izedactivepowerfi1tergenera1izedinMantaneousreactivexvertfoyieferentia1CUnenCdetection;appIicatbn新电力系统谐波抑制的基本措藻有2种.一种是采用1（电抗器）.C（电容器）、R（电阴）构成的无源电力滤波器.另一种是采用电力电子器件构成的有源电力混波器.有源电力滤波器（ActiveftwerFi卜t

7、er.APF）早在1967年就被提了出来.主要用于抑制高次谱波.20世纪9U年代以后开始在电力系统得到实际应用.与此同时.国内外也有人提出并从理论上证明有源电力造波等可以迸行谐波和无功综合补偿出现了广义府源电力谑波器郛形,但是由于有源电力滤波器提供无功电流时带来不必要的高频开关授耗.它比任何一种实用化的无功补偿装置效率都低.而它的瞬时无功功率费量系统和跟踪控制系统却相对复杂得多.这是有源电力滤波器向广义有源电力滤波部发展的主要降啸.研制一种可靠性大、测量和控制简单、实现相对容易,开关损耗低、补偿功能多的有源电力注波器具有重要的学术意义和实用价值.1990年.加拿大COneO1dia大学的RD.

8、ZbgaS提出了一种三相固态功率因数补偿及谐波抑制器,孕H了一种新型有源电力波波21的诞生.福开了广义有源电力透波器研究的序幕.1992年.华北电力学院在原来三相固态功率因数补信及谐波抑制器的基础上,提出将其应用于电力系统的配电系统抑制非线性负荷的谐波并推广应用于不对称负荷补偿方面，由此提出一种新型的无功、谐波和负序蟀合补住奘置并把这和新型的无功、谐波和负序综合补偿装置命名为广义有源电力滤波器（Generat1icdActiwhwerFi1ter.GAPF）,SPF概念正式形成.1997年，哈尔滨工业大学研制出IOOkVar广义电力有源滤波器实验样机.但是该6PF还限用于三相三线制电力系统.在

9、此基础上.将6PF进一步推广到三相四线制电力系统GXPF的内涵犷展为综合补借无功.负序.零序、谐波与间谐波的电力装置为解决&PF在提供无功率功率时的开关技耗问题.使用了优化的特定消落RVM技术：为解决GXPF在提供零序功率时GKPF直流侧与系统相连带来交直不隔离以及直流侧电波增大问SS.也为构成大容量CPF提供便利以及简化控制（各相可以独立控制）.我们使用了六桥皆RVM变流器.本文主要介绍它的主电路、工作原理以及单位功率因数工作模式的参考电流检测方法.并给出仿真实验结果.I8PF的系统结构及工作原理CAPF系统主要由主电路和控制系统两大部分组成8PF的主电路采用六桥臂的RMM变流器.接入系统的

10、方式有串联和并联两种，并联GKPF（Para11e1GPF.PGXPF）因违授简单，效率高、PGXPF故障对系统影响小而广泛使用.PGXPF的电路结构如图I所示,PGXPF的主电路为由高性能ICBT图15PT的结构示拿图构成的六桥臂FWM变流器GPF的控制系统主要由桧测电路、控制电路和门极更动电路组成.控制系统的关键是如何精确.快速检测参考信号和选择何理合适的控制策略PGPF的工作过程是.首先根Ki*h*AcademicJcxnu1(IccKroni据检测方法检测电路,检测出参考信号电流.它应等于系统需要补偿的有害电流.然后控制电路根据给定的控制策略产生控制信号,锻后驱动电路根据控制信号依序驱

11、动V1-V12KBT的门械.使主电路输出所需的补偿电流.它在任何时刻应该与参考电流大小相等、方向相反.从而补偿系统中欲被补偿的有害电流.设系统电源侧膜时电流为4.其中欲被补倭的有害电流的瞬时值为i.则PGPF输出的瞬时电流i=-匕根据参考电流的不同.PSPF借助适当的控制策略.既可以用于高次谱波与间滑波抑制,也可以用于朴候除基波正序有功功率以外的所有有害成分.实现单位功率因数补偿.下面仅探讨PC/PF在单位功率因数工作模式时的参考电流检测方法.2基于广义瞬时无功功率理论的CAPF参考电流检测日本学者HAkagiT1983年提出首先基于正交变换的瞬时无功功率理论”,后经许多专家学者的完善和发展.

12、现已基本成熟.可以检测多种不同类型的瞬时电漉.检测方法也日益丰言但是,基于B正交变换的瞬时无功功率理论还有它的局限性.主要是不能直接用于单相电路和三相四线制电路.因此不能完全满足CAPF的参考电流桧测需要.实际上，日本学者I1Akagi在提出基于B正交变换的瞬时无功功率理论之后,提出了基于QBo正交变换的广义瞬时无功功率理论.此后许多学者对广义中时无功功率理论进行了深入研究.井在无功与谐波综合朴隹得到了很好的应用.下面首先介绍基于B正交变换的广义瞬时无功功率理论,然后阐述如何将该理论用于6PF%位功率因效补偿工作模式的参考电流检费.21基于c0正交变换的广义瞬时无功功率理论基础设正交坐标系为右

13、手坐标系,由坐标系至。加正交坐标系的线性变换矩阵为显然.线性变换品是正交变换.并且g的逆等干的转置.即Cu1=d.设任意三相电路的瞬时电压矢量和瞬时电流矢量在三相坐标系为b.Ino=Mi+Mi*EQJeMn=if+此%G1,三相广义院时无功功率q必矢量定义为U.与的矢量积.即m=i-%u=M，*1MJ22基于广义瞬时无功功率理论的GPF参考电流检测原理分析对以上定义的广义瞬时无动功率进一步分析可知,广义瞬时无功功率包恬基波正序瞬时无功功率、负序瞬时功率、零序瞬时功率、暗变瞬时功率和同次谐波幅时无功功率.其中的基波正序不时无功功率是直流分量”,而其他分量是交流分量.利用瞬时无功功率的这一特点,以

14、上所述的各种瞬时功率成分都可以通过广义帽时无功功率理论很方便地检测到.对于SPF来说.它可以有谐波电流补偿、电压稳定、不对称功率补偿.基波无功功口卜偿.单位功率因效补候等多肿工作模式.不同的工作模式所需要检测相应的参考电流.其广义瞬时无功功率理论检测的原理过程也有所区别.不过.使用6PI；最理想的工作模式是单位功率因数工作模式.因为它可906ChinaAcadcmu:JmmaiE1eUUniCFUbhyIingHuuy.A1Ir1Mhhrvicrvcd.hopVWC1JC1qu.=J2Ucos6I2Cr孙丹/11)以综合消除电压和电流中的各种有害成分.因此这里以&PF作单位功率因数补偿为例来说明参考电流的检测原理.首先设系统电压为三相对称正弦电压.即u.-J1Uco*eutJ1Umsit120*).期有设系统电流为任意周期电流.那么系统瞬时有功功率为JiU1Co31sirt*,r0根据式，9人“0人令I.COfPZ1J=1S加则有对