瞬時無功理論下的無功電流檢測方法探討

卞漫娟

【摘 要】本文通過分析目前常用的各種電力系統無功電流檢測方法的優劣，按照不同補償要求，采用了ip-iq法和Hilbert法兩種具體的檢測方法。運用Maflab對兩種方法的仿真模型進行了穩態和動態性能分析，最終在工控機硬件平臺下進行了驗證。結果表明，這兩種算法均能很好地檢測出三相系統中的無功電流，從而達到無功補償的目的。

【關鍵詞】瞬時無功理論；無功電流；檢測方法；探討

一、瞬時無功功率理論和無功檢測方法

在1983年間，赤木泰文提出了著名的三相電路瞬時無功功率理論，這在世界上具有非常重要的影響作用。具有2種不同的運算方式，主要體現在p，g運算方式與ip，iq法運算。綜合運用兩路電壓與三路電流信號過程中應當充分利用p，g運算方式，在這種制作過程中應當利用兩路電壓和三路電流信號，這種運算方式具有很大的優勢，同時也具有受電壓畸變與三相電壓不平衡的缺陷，不可避免地出現了比較大的檢測誤差。制作過程中充分運用了正弦信號，以此來實現有效的電壓信號。

二、兩種檢測方法的原理簡介

1.ip-iq無功電流檢測法的原理

為了有效降低電壓畸變對系統檢測中的作用，需要充分運用正余弦發生器與鎖相環的作用得到同相位之下的正余弦信號，并基于此數據得到ip-iq數值，進而計算出ip，iq的直流分量，在運算過程中只需要得到基波正序有功分量即可，采用的計算方式是對ip的直流分量ip進行反變換運算，之后再將得到的數據與補償之前的電流進行相減處理，從而最終得到相應的補償電流。采用這種計算方式是因為只有有功電流才會影響到基波正序有功電流分量，其他因素的影響可以忽略不計。

結合對稱分量法中的表達，在本文的研究中把三相三線電力負荷的電流分量ia，ib，ic等幾個單元分別進行正序分量組、負序分量組以及零序分量等三個等級的表示。零序電流分量不在三相三線制電力系統的研究范圍之中，結合這一研究成果，可以把系統電流表示成負序分量組與正序分量組兩個組成部分。

2. Hilbert濾波法的原理

得出三相負荷電流的瞬時值應當滿足一定的條件，首先表現在三相電源電壓和三相負荷電流的瞬時值應當實現在同一個時刻進行采樣，同時還需要使得電壓與電流實現90度的相移。這一條件的提出具有非常重要的影響作用，也是研究過程中的重要研究要點，基于Hilbert濾波法的運用能夠有效實現這一目的。

理想狀態下的離散Hilbert變換的頻域傳遞函數中的福頻特性數值是1，需要對負頻率成分進行充分地90度的相移處理，在正頻率成分方面要求進行負90度相移的線性變換處理。

基于兩組數字濾波器F1與F2的運用能夠實現有效地單輸入、單輸出的濾波系統的運行，組成Hilbert移相濾波系統，在具體的運用過程中基于數字信號X的輸入，以F1與F2進行表示，通過Hilbert移相濾波系統的處理能夠在。）內幅頻成分基本不變的條件下得到的兩個輸出信號Y1與Y2。同時這兩個輸出信號在頻率成分方面存在著90度的相位差值，具體數值如下圖所示。

3.ip-iq算法與Hilbert濾波法之間的綜合比較

ip-iq算法與Hilbert濾波法在不同檢測條件下具有不同的檢測結果，這兩種算法方式在b相誤差值處在相等的條件之下，同時在a與c相的誤差值上ip-iq算法比Hilbert濾波法數值要高，Hilbert濾波法具有比較精確的檢測精度。但是Hilbert濾波法具有比較高的仿真模型中濾波器的階數，但是在響應速度方面與ip-iq算法相比存在一定的缺陷。同時ip-iq算法具有比較高的檢測電路，需要面對比較大數量的計算量，同時在電路的調整上也具有比較大的困難。而采用Hilbert濾波法具有比較簡易的工作檢測數值，需要對控制過程進行完全的數字化處理，這在很多工程領域的運用過程中具有非常廣泛的應用價值。圖3顯示了主電路原理圖。

三、硬件實現

1.在檢測系統方面的硬件結構分析

檢測系統中使用了研華系列工控機為控制平臺，在這系統中運用了電流采樣電路與外部的電壓采樣等。為了促進系統的充分運用，使用了PCI-1711與PCI一1751兩塊PCI接口卡。不同的設計具有不同的應用方式，其中PCI-1711系統的運用主要運用在無功電流檢測結果輸出、A/D轉換、電流數據的采集以及電壓數值的采集等多種功能。PCI-1751系統的運用主要的目的在于內部定時器中斷等各項工作部分。具體的分析數據見下圖4。

2.ip-iq檢測算法

在本文的研究過程中，針對定時器中斷時間是200s，具體主要表現在一個周期內具有100個中斷，在本文的研究過程中，得到了三相無功電流瞬時值iqa，iqb，iqc與三相無功電流有效數值等。最后把有效值結合運算方法得到電壓值，基于D/A轉換通道能夠將其輸出到示波器之中。

3. Hilbert濾波法

在Hilbert濾波法的運用過程中將定時器中斷時間設置為833s，主要體現在一個周期中包含了24個中斷過程，同時在其他方面與ip-iq檢測算法基本一致。利用開關通斷改變系統的負載，通過大約1-2個周波的運行，能夠達到比較穩定的a，b相無功電流，能夠得到與前面比較相似的變化趨勢結果。

四、結束語

通過本文的研究分析，Hilbert濾波法能夠得到比ip-iq檢測算法更加高的精度。Hilbert濾波法能夠得到比較比ip-iq檢測算法更加高的相應速度，能夠達到1.75個周波，在本文的研究過程中具有超過4-5倍Hilbert法的控制運算耗時。

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