电力系统及其自动化 Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ 《电气自动化｝２０１５年第３７卷第３期 三相四线制ＡＰ Ｆ电流检测方法的研究 常国祥。马素琦 （黑龙江科技大学电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨 １５００２２） 摘要：我国低压线路大多采用的是三相四线制有源电力滤波器（ＡＰＦ），针对时常因零线引发事故的现象，提出了Ｐ—ｑ一０、ｉＰ—ｉｑ、ｄ— ｑ一０等三种用于四线制ＡＰＦ的电流检测方法，使ＡＰＦ不仅可以补偿谐波与无功电流，而且还可以补偿中线电流。并分别建立 了ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型。通过对理论和仿真结果的对比分析，得出对于三相电压不对称且有畸变的ＡＰＦ的谐波电流 的检测精度最高的是ｄ—ｑ一０法。而Ｐ—ｑ一０法只能用在电压对称且无畸变的ＡＰＦ中， 一ｉｑ只能用于对称的ＡＰＦ中。 关键词：ＡＰＦ；Ｐ—ｑ一０法；ｉＰ—ｉｑ法；ｄ—ｇ—Ｏ法；ＭＡＴＬＡＢ／ＳｉｍｕＩｉｎｋ仿真；电流检测 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ・ｉｓｓｎ．１０００－３８８６．２０１５．０３．０２３ ［中图分类号］ＴＭ７Ｎ，ＴＭ９３３．１［文献标志码］Ａ［文章编号］１０００～３８８６（２０１５）０３—００７１—０４ Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ Ｆｏｕｒ－ｗｉｒｅ ＡＰＦ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ＣＨＡＮＧ Ｇｕｏ—ｘｉａｎｇ．ＭＡ Ｓｕ—ｑｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｆｏＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈａｅｒｂｉｎ Ｈｅｉｌｏｎｇｉｆａｎｇ １５００２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ ｆｏｕｒ－ｗｉｒｅ ＡＰＦ（ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉｆｌｔｅｒ）ｉｓ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｏｎ ｌｏｗ—ｖｏｈａｇｅ ｌｉｎｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ￣ｅｑｕｅｎｔ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｄｕｅ ｔｏ ｚｅｒｏ ｌｉｎｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｒｅｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｆｏｕｒ—ｗｉｒｅ ＡＰＦ：ｐ—ｑ－０，ｉｐ—ｉｑ ａｎｄ ｄ－ｑ－０ ｗｈｉｃｈ ｅｎａｂｌｅｓ ＡＰＦ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｈａｒｍｏｎｉｃ ａｎｄ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｆｏｒ ｎｅｕｔｒａｌ ｃｕｒｒｅｎｔ．ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ－ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄ－ｑ－０ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｌｌ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ＡＰＦ ｗｉｔｈ ａｓｙｍｍｅｔｉｒｃ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ Ｐ—ｑ—Ｏ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｏｎｌｙ ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ ｔｏ ｔｈｅ ＡＰＦ ｗｉｔｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｙｍｍｅｔｒｙ ａｎｄ ｎｏ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ／ｐ－／ｑ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｏｎｌｙ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ＡＰＦ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＰＦ；ｐ—ｑ—Ｏ ｍｅｔｈｏｄ；／ｐ－／ｑ ｍｅｔｈｏｄ；ｄ—ｑ—Ｏ ｍｅｔｈｏｄ；ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｏ 引 言 目前大部分的ＡＰＦ都是用于三相三线制电路中，而我国３８０ Ｖ的电压采用的是三相四线制系统，负荷大多也是三相四线制即 包含了一条中线…。我国因中线引发的事故时常发生，因此迫使 ）＝ ： ：誊］＝ｃ３２㈢㈩ 人们加强对三相四线有源电力滤波器的研究 Ｊ。 在四线制的ＡＰＦ中，较大的中性电流会造成系统的不稳定， 影响电能的质量，所以要求把中性电流给补偿掉。然而电流的检 ㈦＝ ： ］＝ｃ３２㈢㈤ 测和跟踪控制环节直接影响了滤波器的性能，所以对该有源电力 滤波器检测方法的研究具有重要意义 Ｊ。 １ ３种检测方法 １．１瞬时无功功率理论 四线制有源滤波器与三线制的有所不同，四线制是在三线制 的基础上增加了一条中性线 。所以ＡＰＦ不仅要检测并消除谐 波与无功电流，而且还要消除中线电流。其电流检测算法将原来 ［ 的ａｂｃ坐标系转化到 坐标系变为转化到 坐标系，同时也 增加了对零序电流ｉ 的运算。 三线制ＡＰＦ的瞬时电压、电流值分别为ｅａｅ ｅ 和ｉａｉ ｉ ，将它 们转换到Ｏｔ一 坐标系中可得： 定稿日期：２０１４—０９—１１ 基金项目：黑龙江省教育厅项目（１２５３１５９２）；博士后资金项目（１２４１０３） ［ 州 ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ７１ ， 』２一２］●●《电气自动化）２０１５年第３７卷第３期 电力系统及其自动化 Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ 图ｌ１ 对称有畸变与无畸变时Ａ相波形图 图１４ 电压对称有畸变电流ｆ 与无畸变电流ｆ：的波形图 ３结束语 本文针对三相四线制ＡＰＦ电流检测的三种方法进行理论和 仿真结果的对比分析得出，Ｐ—ｑ一０法由于有三相电压参与运 算，所以其只能用在三相电压对称且无畸变的ＡＰＦ中。而咖一曲 法所需要正余弦的相位与Ａ相电压的相位相同。在其不对称时 其产生相应的相位也不同，所以其只能应用于对称的ＡＰＦ中。 无论电压是否对称还是发生畸变的ＡＰＦ虽然都有误差的出现， 图１２对称无畸变电流ｉ 与不对称无畸变电流ｆ 相波形图 但三种检测方法中ｄ—ｑ一０法的检测精度最高，在实际应用中电 压不可能完全对称且没有畸变，所以对三相四线制ＡＰＦ的ｄ—ｇ —基波波形有延迟，即无法准确的检测出负载谐波指令电流。所以 ｉｐ一幻法可以用与对称的ＡＰＦ中。 ２．２．３ ｄ—ｇ—Ｏ法波形图（见图ｌ３、图１４） Ｏ法的研究是具有实际意义的。 参考文献： ［１］姜齐荣，赵东元，陈建业．有源电力滤波器：结构・原理・控制［Ｍ］． 北京：科学出版社，２００５． ［２］刘志元．三相四线制并联型有源电力滤波器的研究与设计［Ｄ］．沈 阳：东北大学，２０１１． ［３］李伟彬，有源电力滤波器在无功补偿与谐波抑制中的研究［Ｄ］．武 汉：武汉理工大学，２００９． ［４］孙驰，魏光辉，毕增军．基于同步坐标变换的三相不对称系统的无功 与谐波电流的检测［Ｊ］．中国机电工程学报，２００３，１２（２３）：４２—４８． ［５］王兆安，杨君．谐波抑制和无功功率补偿［Ｍ］．北京：机械工业出版 社．２００４． 由图１３可知，当电源无畸变时无论是否畸变都可以准确的 检测出负载谐波的波形图，由图１４可知，当电源对称有畸变时与 对称无畸变时相比负载波形图稍有差异，但是与前两种方法相比 其精确度最高。 ” ｉ ／ 、 ［６］杨晓利，三相四线多重化有源电力滤波器控制的研究［Ｄ］．北京：北 京交通大学，２０１２． 一 【作者简介】常国祥（１９７３一）男，内蒙古人．博士，副教授，硕士研究生导 师，研究方向为电力电子技术及应用，电力传动及其控制等。 【通信简介】马素琦（１９８９一）女，河南新乡人，研究生，研究方向为电力电 图１３ 无畸变对称与不对称时负载波形图 子。 （上接第６３页） 参考文献： ［１］汤广福，罗湘，魏晓光，等．多端直流输电与直流电网技术［Ｊ］．中国电 机工程学报，２０１３，３３（１０）：８—１７． １２ ｌ ＲＡＨＭＡＮ Ｍ Ｉ，Ｊ０ＶＣＩＣ Ｄ，ＡＨＭＥＤ Ｋ Ｈ．Ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｐｔｍｉｓａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ｄｕａｌ ａｃｔｉｖｅ ｂｒｉｄｇｅ ＤＣ／ＤＣ ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ ｌ Ｃ Ｉ／／ＰｏｗｅｒＴｅｃｈ ［４］李永东，高跃，候轩，等．大容量多电平变换器ＰＷＭ控制技术现状及 进展［Ｊ］．电力电子技术，２００５，３９（５）：２—６． ［５］顾和荣，杨子龙，邬伟扬，等．并网逆变器输出电流滞环跟踪控制技术 研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００６，２６（９）：１０８—１１２． ［６］张杰，罗隆福，ＡＧＧＡＲＷＡＬ Ｒ Ｋ，ｅｔ ａ１．基于多线圈耦合的新型换流 变压器仿真模型设计［Ｊ］．电工技术学报，２０１０，２５（１１）：６８—７９． （ＰＯＷＥＲＴＥＣＨ）．２０１３ ＩＥＥＥ Ｇｒｅｎｏｂｌｅ．ＩＥＥＥ，０１３：１—６．２ 『３］ＨＵＩ ＬＩ，ＦＡＮＧ ＺＨＥＮＧ ＰＥＮＧ，Ｊ Ｓ ＬＡＷＬＥＲ．Ａ ｎａｔｕｒａｌ ＺＶＳ ｍｅｄｉｕｍ— ｐｏｗｅｒ ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＤＣ—ＤＣ ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ ｗｉｔｈ ｍｉｎｉｍｕｍ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｄｅｖｉｃｅｓ ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００３，３９（２）：５２５—５３５． 【作者简介】郑天奇（１９９０一），女，河南濮阳人，硕士生，上海交通大学电 气工程系，主要从事电机与电器研究。