1、瞬时无功功率探讨 和系统的简单仿真,主讲：李浩洋,1/14,传统功率理论,传统的功率理论是建立在平均值基础上的。所有与之有关的矢量分析及理论计算都基于以下两点: (1)相互作用的两个矢量频率相等，不同频率的矢量计算无意义; (2)电压及电流波形在一个周期内严格遵循标准的正弦表达式，且任一周期内的波形相同。 缺点：在系统谐波严重时，电压电流波形畸变，无法准确计算功率因数。,2/14,瞬时无功功率的理论分析,要做到对变化的谐波和无功功率进行快速的动态跟踪补偿,就必须有一套完整的功率理论。 三相电路瞬时无功功率理论首先于1983年由赤木泰文提出,即pq理论,它是以瞬时实功率p和瞬时虚功率q的定义为基
2、础的。 后来经过人们的不断完善，该理论已经成功应用于许多实际装置中，使装置性能得到明显改善。这些应用主要集中在电力有源滤波器上用来瞬时检测谐波电流有功功率和无功功率。,3/14,瞬时无功功率的理论分析,赤木泰文教授简历 ： 赤木泰文（Hirofumi Akagi）教授，1951年生。赤木泰文教授是全球享有盛誉的电力电子专家、国际电气及电子工程师协会（IEEE）电力电子学会现任主席，电能质量控制领域科研的权威，由他创立的瞬时无功理论，已成为该领域的基础理论之一。其研究方向包括电能质量控制技术，交流电机传动，高频谐振逆变器，电力电子技术在电力系统中的应用等。,4/14,瞬时无功功率的理论分析,三相
3、瞬时无功功率理论,是将三相电路各相电压、电流,看作是在空间上相差120,幅值随时间变化的矢量,用-变换转换成二相正交坐标系上的旋转矢量。,、平面矢量图,三相电路电流矢量图,5/14,瞬时无功功率的理论分析,定义 ，及 分别为旋转向量U及I在坐标轴上的投影，称之为相及相瞬时电压和瞬时电流。赤木定义的具体变换如下:,。,2 3 ，是为了保证变换过程中总功率不变而确定的比例系数, = 2 3 1 1 2 1 2 0 3 1 2 2 3 1 2 2 (4-1), = 2 3 1 1 2 1 2 0 3 1 2 2 3 1 2 2 (4-2),6/14,瞬时无功功率的理论分析,按照赤木的定义，-系统中旋
4、转电流矢量i与旋转电压矢量u的点积为瞬时有功功率p，即:= + (4-3) 而旋转电流矢量i与旋转电压矢量u的叉积定义为瞬时有功功率q，即: q= + (4-4) 按照矢量叉积计算的方法，式(2-4)在数值上写为:= (4-5),7/14,瞬时无功功率的理论分析,将式(4一3)及式(4一5)写成矩阵形式，即可得以下矩阵: = (4-6)同时，赤木还定义了瞬时有功电流 ，及瞬时无功电流 ，的表达式: = sin cos cos sin 1 1 2 1 2 0 3 1 2 2 3 1 2 2 = 32 (4-7)以上就是瞬间无功功率理论的主要内容。,8/14,瞬时无功功率的理论分析,瞬时无功功率理
5、论本质上就是用瞬时值代替传统的有效值分析三相电力系统，它引申出的瞬时有功功率及无功功率的变化反应了有效值和相位的瞬时变化。适合当前电力系统中谐波检测及无功功率测量的适时性、准确性的要求，是一种很有应用前景的全新理论.,9/14,TSC的简单仿真,10/14,TSC的简单仿真,根据过零型交流继电器的结构、工作原理以及电容器投入运行时的工作过程,在MATLAB 的电力系统仿真环境下建立了 补偿电容器投切仿真模型。图中两个反向并联的晶闸管构成过零型固态继电器的开关,以脉冲发生器作为开关1 、开关2 分别控制两个晶闸管的通断。由于开关1 、开关2 发出脉冲信号的时间可控,故控制开关发出导通脉冲的时机即
6、可控制晶闸管的导通时机,只要控制晶闸管在电源基波电压过零时刻导通,就完全仿真了过零型固态继电器的接通过程。,11/14,仿真结果显示,在电压过零时投入电容器，从示波器上可以看出波形十分理想，无浪涌电流，补偿后电压电流的相位差明显减少，电路电流也有所减小。,12/14,仿真结果显示,若改变晶闸管导通的时机,使其不在“电压过零时刻投入”,则会产生非常大的浪涌电流。按照所设计的仿真模型的参数进行仿真所得的结果如图所示。由图可知,尽管只是瞬态电流,持续时间非常短,但由于电流过大,其危害还是不可忽视的。,13/14,小结,本次我主要介绍了一下瞬时无功功率理论，包括瞬时无功功率理论的意义和主要内容。 其次介绍了简单TSC仿真电路，包括仿真模型的搭建和仿真结果，探讨了电容器的投入时刻的选择。,14/14,谢谢！,15,
