关于瞬时无功功率理论的探讨

关于瞬时无功功率理论的探讨

山 霞

(武汉大学电气工程学院,武汉430072)

摘 要:通过瞬时无功功率P-Q理论(IR P)及电流物理分量理论(CP C)在电网电压、电流为正弦的三相三线制不对称电路中的应用的对比,表明瞬时无功功率理论的分析结果与电路中的某些功率现象不一致:即无功功率Q 为零时,瞬时无功电流可能不为零;有功功率P为零时,瞬时有功电流不为零;电源电压为正弦,负荷为非谐波源时,瞬时有功电流和瞬时无功电流中都包含三次谐波分量。瞬时有功功率p、瞬时无功功率q与有功功率P、无功功率Q及不平衡功率D之间的关系说明p、q分别与多个功率现象相关,仅用P、Q的瞬时值不能无延时的辨识三相负荷不对称系统的功率特性。这一结论对有源电力滤波器的控制算法具有重要意义。

关键词:瞬时无功功率理论;电流物理分量理论;有源滤波器;不对称系统;控制算法

中图分类号:T M71文献标识码:A文章编号:1003 6520(2006)05 0100 03

Discussion on Instantaneous Reactive Power P Q Theory

SH AN Xia

(School of Electrical Eng ineer ing,Wuhan U niv ersity,Wuhan430072,China)

Abstract:T he compariso n of the instant aneous reactive power P Q theo ry(IR P)wit h the t heo ry o f the cur rent's physical components(CP C)presented in this pa per reveals t he results of t he IR P P Q theor y are inconsistent w ith po wer phenomena in three phase,three w ir e cir cuit s w ith sinusoidal vo ltag es and curr ents.N amely,according to the IR P P Q T heor y the instantaneous reactive cur rent can occur ev en if a load has zero reactive power Q.Similarly, the instantaneo us activ e cur rent can o ccur ev en if a load has zero act ive pow er P.M or eover,t hese tw o cur rents in circuits w ith a sinusoidal supply v oltage can be nonsinusoidal even if there is no so ur ce of cur rent distor tio n in the load.T he relat ionship betw een the instantaneous pow ers(p,q)and the activ e,reactiv e and unba lanced po wer(P, Q,D)sho ws the p and q po wer s ar e associated w ith multiple phenomenon,and the IR P P Q T heor y can no t identify po wer propert ies o f thr ee phase unbalanced loads w ith a pair of values of p and q po wer s instantaneo usly.T his con clusio n may have an impo rtant va lue for co ntr ol alg or ithms of activ e pow er f ilter s.

Key words:instantaneous reactive pow er theor y;theor y of curr ent s physical components;act ive po wer f ilter s;un balanced sy stems;co nt rol alg or ithms

0 引 言

为解决谐波、无功功率的瞬时检测和不用储能元件实现二者补偿的问题,Akag i提出的瞬时无功功率P Q理论(IRP)[1 4],是脉冲宽度调制(PWM)技术及有源滤波器的数学基础,极大推动谐波和无功补偿装置的研究开发,是分析非正弦三相电路功率特性的理论工具[5 12]。瞬时!一词表明功率P、Q 由电压电流的瞬时值定义,可无延时检测补偿三相负荷的无功功率,能否用两个变量表示三个独立的功率现象及用瞬时值辨识三相系统的功率特性是一个与功率原理和有源滤波器的控制算法都密切相关的问题。

Czar necki提出的电流物理分量理论(CPC)[13,14],能清楚的解释各种功率现象,且与传统功率理论相一致,有利于无功功率的辨识分析及提高功率因数,已成为自适应型无功补偿器和混合型无功补偿器的控制算法的基础。

瞬时无功功率理论和电流物理分量理论都是为解决电网电压电流为非正弦波的三相系统的问题而提出,但它们也适用于功率现象更为简单易解的三相正弦系统。本文用电流物理分量理论作为工具对瞬时无功功率理论在三相三线正弦不对称系统中的应用做深入探讨。

1 瞬时无功电流和瞬时无功电流

瞬时无功功率理论用Clarke变换将传统的A、B、C三相坐标变换为 ~ 两相直角坐标。在三相三线平衡系统中:

u

u

=2

3

1-1/2-1/2

03/2-3/2

u A

u B

u C

=

2/20

1/22

u A

u B

=C

u A

u B

,

i

i

=

3/20

1/22

i A

i B

=C

i A

i B

;

∀100∀第32卷第5期

2006年 5月

高 电 压 技 术

H igh Voltage Engineering

Vol.32No.5

M ay 2006