瞬时无功理论下的无功电流检测方法探讨

卞漫娟

【摘 要】本文通过分析目前常用的各种电力系统无功电流检测方法的优劣，按照不同补偿要求，采用了ip-iq法和Hilbert法两种具体的检测方法。运用Maflab对两种方法的仿真模型进行了稳态和动态性能分析，最终在工控机硬件平台下进行了验证。结果表明，这两种算法均能很好地检测出三相系统中的无功电流，从而达到无功补偿的目的。

【关键词】瞬时无功理论；无功电流；检测方法；探讨

一、瞬时无功功率理论和无功检测方法

在1983年间，赤木泰文提出了著名的三相电路瞬时无功功率理论，这在世界上具有非常重要的影响作用。具有2种不同的运算方式，主要体现在p，g运算方式与ip，iq法运算。综合运用两路电压与三路电流信号过程中应当充分利用p，g运算方式，在这种制作过程中应当利用两路电压和三路电流信号，这种运算方式具有很大的优势，同时也具有受电压畸变与三相电压不平衡的缺陷，不可避免地出现了比较大的检测误差。制作过程中充分运用了正弦信号，以此来实现有效的电压信号。

二、两种检测方法的原理简介

1.ip-iq无功电流检测法的原理

为了有效降低电压畸变对系统检测中的作用，需要充分运用正余弦发生器与锁相环的作用得到同相位之下的正余弦信号，并基于此数据得到ip-iq数值，进而计算出ip，iq的直流分量，在运算过程中只需要得到基波正序有功分量即可，采用的计算方式是对ip的直流分量ip进行反变换运算，之后再将得到的数据与补偿之前的电流进行相减处理，从而最终得到相应的补偿电流。采用这种计算方式是因为只有有功电流才会影响到基波正序有功电流分量，其他因素的影响可以忽略不计。

结合对称分量法中的表达，在本文的研究中把三相三线电力负荷的电流分量ia，ib，ic等几个单元分别进行正序分量组、负序分量组以及零序分量等三个等级的表示。零序电流分量不在三相三线制电力系统的研究范围之中，结合这一研究成果，可以把系统电流表示成负序分量组与正序分量组两个组成部分。

2. Hilbert滤波法的原理

得出三相负荷电流的瞬时值应当满足一定的条件，首先表现在三相电源电压和三相负荷电流的瞬时值应当实现在同一个时刻进行采样，同时还需要使得电压与电流实现90度的相移。这一条件的提出具有非常重要的影响作用，也是研究过程中的重要研究要点，基于Hilbert滤波法的运用能够有效实现这一目的。

理想状态下的离散Hilbert变换的频域传递函数中的福频特性数值是1，需要对负频率成分进行充分地90度的相移处理，在正频率成分方面要求进行负90度相移的线性变换处理。

基于两组数字滤波器F1与F2的运用能够实现有效地单输入、单输出的滤波系统的运行，组成Hilbert移相滤波系统，在具体的运用过程中基于数字信号X的输入，以F1与F2进行表示，通过Hilbert移相滤波系统的处理能够在。）内幅频成分基本不变的条件下得到的两个输出信号Y1与Y2。同时这两个输出信号在频率成分方面存在着90度的相位差值，具体数值如下图所示。

3.ip-iq算法与Hilbert滤波法之间的综合比较

ip-iq算法与Hilbert滤波法在不同检测条件下具有不同的检测结果，这两种算法方式在b相误差值处在相等的条件之下，同时在a与c相的误差值上ip-iq算法比Hilbert滤波法数值要高，Hilbert滤波法具有比较精确的检测精度。但是Hilbert滤波法具有比较高的仿真模型中滤波器的阶数，但是在响应速度方面与ip-iq算法相比存在一定的缺陷。同时ip-iq算法具有比较高的检测电路，需要面对比较大数量的计算量，同时在电路的调整上也具有比较大的困难。而采用Hilbert滤波法具有比较简易的工作检测数值，需要对控制过程进行完全的数字化处理，这在很多工程领域的运用过程中具有非常广泛的应用价值。图3显示了主电路原理图。

三、硬件实现

1.在检测系统方面的硬件结构分析

检测系统中使用了研华系列工控机为控制平台，在这系统中运用了电流采样电路与外部的电压采样等。为了促进系统的充分运用，使用了PCI-1711与PCI一1751两块PCI接口卡。不同的设计具有不同的应用方式，其中PCI-1711系统的运用主要运用在无功电流检测结果输出、A/D转换、电流数据的采集以及电压数值的采集等多种功能。PCI-1751系统的运用主要的目的在于内部定时器中断等各项工作部分。具体的分析数据见下图4。

2.ip-iq检测算法

在本文的研究过程中，针对定时器中断时间是200s，具体主要表现在一个周期内具有100个中断，在本文的研究过程中，得到了三相无功电流瞬时值iqa，iqb，iqc与三相无功电流有效数值等。最后把有效值结合运算方法得到电压值，基于D/A转换通道能够将其输出到示波器之中。

3. Hilbert滤波法

在Hilbert滤波法的运用过程中将定时器中断时间设置为833s，主要体现在一个周期中包含了24个中断过程，同时在其他方面与ip-iq检测算法基本一致。利用开关通断改变系统的负载，通过大约1-2个周波的运行，能够达到比较稳定的a，b相无功电流，能够得到与前面比較相似的变化趋势结果。

四、结束语

通过本文的研究分析，Hilbert滤波法能够得到比ip-iq检测算法更加高的精度。Hilbert滤波法能够得到比较比ip-iq检测算法更加高的相应速度，能够达到1.75个周波，在本文的研究过程中具有超过4-5倍Hilbert法的控制运算耗时。

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