无功电流的测试

摘要

随着电力电子设备及非线性负载在电力系统中广泛应用，电网中的电压和电流波形畸变也越来越严重。谐波的抑制和无功电流补偿已成为电力电子学和现代电力系统急需解决的问题。这些非线性负荷在工作中时向电源反馈高次谐波，导致供电系统的电压、电流波形畸变，使电力质量变坏。而由于无功电流的存在，在传送同样能量的情况下，电流比没有无功的情况下增加，会大量增加系统的铜损，降低线路与变压器的利用率。无功电流检测是对电网无功功率补偿必不可少的部分。本文主要介绍了电流的检测基本原理和从检测电流中分解出无功电流的方法和原理。检测电流包括基波分量和谐波分量，基波分量又包含有功电流分量和无功电流分量，通过滤波可以得到基波电流分量，与原有电流相减就可以得到谐波电流，通过坐标变换可以将基波电流分解成有功电流和无功电流。

关键词：基波谐波有功电流无功电流

目录

摘要I

1 电流检测的意义和基本原理 1

2无功电流的分解方法 2

2.1三相对称电路无功电流检测2

2.2单相电路无功电流检测8

3无功电流检测仿真及分析12

3.1三相对称电路无功电流检测仿真及分析12 3.2单相电路无功电流检测仿真及分析 18

总结与体会23

参考文献：25

无功电流检测研究

1 电流检测的意义和基本原理

电力电子技术的快速发展使得非线性装置在工业界广泛应用，随之产生的谐波污染问题也日益严重。谐波抑制及无功补偿的一个重要手段是电力有源滤波器。其基本原理是从补偿对象中检测出谐波或无功电流，由补偿装置产生一个与该电流大小相等而极性相反的补偿电流与其相抵消。其中，谐波和无功电流的正确检测是决定补偿效果的重要环节。无功功率Q是既产生附加线损，又对发，配电系统都有影响的量，分析Q 的物理本质，研究它的正确涮量与补偿的方法，是电工理论与电工技术中尚无定论的一个重要课题。无功功率是无功电流引起的，欲了解无功功率，应先了解无功电流。无功电流是导出量，不是基本量，基本量是有功电流。由有功电流不仅可导出无功电流和无功功率，还可以确定无功补偿所需要达到的目标以及无功补偿应采取的方法等。

负载电流包含基波分量和谐波分量，电流的检测就是要检测出基波电流和谐波电流。由于有谐波的存在，要检测出基波电流，这就要求首先要对电流进行滤波处理，分解出谐波电流。基波电流又包含有功电流分量和无功电流分量，无功电流就是和电压角度差为正90度和负90度的电流，要计算无功电流，就得知道电压的角度和电流的角度，然后将电流进行矢量分解，分解成垂直于电压方向的和平行于电压方向的，垂直于电压方向的就是无功电流，用电流值乘以夹角的余弦值就可以求出无功电流。因为电力网电流时三相旋转坐标系或单相旋转坐标系，处理起来十分麻烦，这就要求有一种方法可以转化为可以直接处理的直流分量或静止坐标系的分量，这样可以通过低通滤波器滤除高次谐波得到谐波相对较少的直流分量，然后在经过反变换就可以得到基波电流，基波电流包含了有功分量和无功分量，这就要求利用基波电流和电压的相位差来分离有功、无功电流量，因为这里的计算只用到电压的相位，所以利用锁相环产生和电网电压同相位的单位正弦波，这样就可以简便的求解电流当中的任何一个分量。

2无功电流的分解方法

2.1三相对称电路无功电流检测

a

b

d

q

F

w

ϕ

三相对称电路在对称电网电压的作用下产生对称的三相电流，在电力系统分析中讲到，三相旋转坐标系经过dqo 变换可以得到两相旋转坐标系的电流分量，因为dq 坐标系是以基波角频率旋转的坐标系，旋转方向与基波电压旋转方向相同。因此abc 坐标系下基频正序分量变换到dqo 坐标系下将是一个相对dqo 轴静止的矢量，变换后得到的是直流分量。如求解无功电流分量和有功电流分量只需要将坐标变换过程中的变换矩阵cos （wt ）和sin(wt)与电网电压的初相位相同即可。假设令电压初相位与d 轴重合，则与q 轴成90度角即图2-1中0=ϕ，这样坐标变换后得到的值分别为电流有功分量的变换值和无功分量的变换值。负载电流在d 轴上的分量为有功电流分量，在q 上的分量为无功分量。谐波分量计算只需要将滤波后的值经过逆变换就可以得到基波电流分量，再与原有电流波形相减就可以得到谐波和无功的综合电流值。a-b-c 坐标到d-q 坐标变换的矢量图如图2-1所示。

d q cos()sin()

i I i I αθαθ=-⎧⎨

=-⎩

图2-1 a-b-c 坐标到d-q 坐标变换的矢量图

将综合相量I 向dq 坐标轴上投影，令θ表示电流通用相量α相绕组轴线的夹角，则有

用综合相量在abc 坐标轴上的投影为abc 三相电流的瞬时值则为：

利用三角恒等式可得：

通过这种变换，将三相电流a i 、b i 、c i 变换成了等效的两项电流d i 和q i 。可以设想这两个电流是定子的两个等效绕组dd 和qq 中的电流。这组等效的定子绕组dd 和qq 不象实际的a 、b 、c 三相绕组那样在空间静止不动，而是随着转子一起旋转。等效绕组中的电流产生的磁势对转自相对静止，它所遇到的磁路磁阻恒定不变，相应的电感系数也就变为常数了。

当定子绕组内存在幅值恒定的三相对称电流时，d i 和q i 都是常数。这就是说，等效的dd 、qq 绕组的电流时直流。

a b c

cos cos(120)cos(120)i I i I i I θθθ=⎧⎪

=-︒⎨⎪=+︒⎩d a b c 2

[cos cos(120)cos(120)]

3

i i i i αεα=+-︒++︒q a b c 2

[sin sin(120)sin(120)]

3

i i i i ααα=-+-︒++︒