基于瞬時無功理論的SVC無功功率算法及其LabVIEW實現(xiàn)

1、1 3/2007收稿日期:2007-01-20作者簡介:黃振華(1983-,男,碩士研究生,從事虛擬儀器、F A C T S 技術(shù)和控制器等方面的研究;陳建業(yè)(1946-,男,教授,博士生導(dǎo)師,從事電力電子在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和電氣化鐵道方面的研究?；谒矔r無功理論的SVC 無功功率算法及其L a b V I E W 實現(xiàn)黃振華,陳建業(yè)(清華大學(xué)電機系,北京100084摘要:大功率電力電子器件和F A C T S 裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用為電力系統(tǒng)提供了快速動態(tài)的響應(yīng),而根據(jù)傳統(tǒng)無功功率的定義來計算S V C 系統(tǒng)中的無功功率的方法難以滿足速度要求,因此本文采用瞬時無功理論來實現(xiàn)S V C 系統(tǒng)中

2、無功功率的計算。介紹了瞬時無功理論的原理和S V C 系統(tǒng)中瞬時無功功率的計算方法,然后采用滑動平均窗的方法實現(xiàn)對無功功率的檢測。在虛擬儀器軟件LabVIEW 中實現(xiàn)S V C 系統(tǒng)無功功率的計算并通過仿真,仿真結(jié)果表明算法能快速有效地檢測S V C 系統(tǒng)中無功功率,為設(shè)計S V C 中無功功率的監(jiān)測和控制系統(tǒng)提供理論依據(jù)和實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞:瞬時無功理論;SVC 無功功率;LabVIEW 中圖分類號:U223.5+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-8410(200703-0001-05A Method of Calculating Reactive Power in SVC and Its

3、 Application in LabVIEW Based on Instantaneous Reactive Power TheoryHUANGZhen-hua,CHENJian-ye(Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, ChinaAbstract: High power electronic and FACTS devices provide power system with quick and dynamic responses, yet the methods based

4、 on traditional definitions of reactive power can not fulfill the demand, so the instantaneous reactive power theory is used to detect the reactive power in SVC system. It analyses the principle of instantaneous reactive power theory, and deduces the formula to calculate the instantaneous reactive p

5、ower in SVC system, and employs a sliding window to calculate the average reactive power. New method is applied in virtual instrument software LabVIEW and the simulation is finished , the results of which show that the method is efficient in detecting reactive powerin SVC system and thus provides ap

6、plication in designing the monitor and control system of SVC.Key words: instantaneous reactive power; reactive power in SVC; LabVIEW應(yīng)用基礎(chǔ)研究問題之一。其中無功功率的定義可以采用聯(lián)合視在功率和有功功率之間的關(guān)系和擴展正弦電路這兩種方式。傳統(tǒng)的計算方法是根據(jù)正弦電路中無功功率的定義來計算無功功率。采用這種方法能夠有效地計算一段時間內(nèi)的無功功率,然而,在計算過程中需要首先分析和估計一段時間內(nèi)線路電壓、電流和兩者之間的相位,然后再進行無功功率的計算。因此,傳統(tǒng)的計算方

7、法難以滿足系統(tǒng)動態(tài)快速補償?shù)囊?。本文采用瞬時無功理論對SVC系統(tǒng)無功功率進行計算。瞬時無功功率理論突破了以周期為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)功率定義,對系統(tǒng)無功功率的瞬時值進行分析和計算,可以滿足無功功率補償裝置快速連續(xù)動作的要求。1無功定義與瞬時無功理論24含有諧波的非正弦電路無功功率至今還沒有被廣泛接受的科學(xué)權(quán)威的定義。根據(jù)視在功率S、有功功率P和無功功率Q之間的關(guān)系S2=P2+Q2,可以定義無功功率 1(3 (4式中 : ,(5將兩相電流的表達(dá)式代入上式,得有功功率和無功功率的表達(dá)式得p=eaia+ebib+ecic (6式中:E m 電壓幅值;角頻率。根據(jù)瞬時無功矩陣變換得(9 由式(9及有功功率、無

8、功功率表達(dá)式得流信號為正弦信號,有效值為20A,相位滯后電壓30°,為三相對稱系統(tǒng)。三相電壓和電流波形如圖2所示。 按照正弦信號無功功率計算公式得Q =3EI sin =3×220×20×1/2=6600var(14式中:電壓和電流信號之間的相位差。 根據(jù)前述三相瞬時無功理論及推導(dǎo)結(jié)果對三相無功功率進行計算,得瞬時無功功率波形和滑動平均無功功率波形如圖3所示。 設(shè)三相電壓表達(dá)式為式(8,則三相電流表達(dá)式為 (15根據(jù)無功功率的表達(dá)式得 仿真結(jié)果表明,在三相對稱系統(tǒng)中,采用瞬時無功理論結(jié)合滑動平均算法能有效地計算系統(tǒng)中的無功功率,得到連續(xù)的無功功率值。保持

9、A 相和B 相電壓和電流不變,C 相電壓和電流下降到原來的80%,在三相不對稱情況下,三相電壓、電流波形和無功功率計算波形分別如圖6和圖7所示。 此時無功功率,與波形結(jié)果基本一致。保持三相不對稱電壓和電流信號不變,同時在電流信號混入噪聲信號,電壓、電流波形和無功功率計算波形分別如圖8和圖9所示。得到的波形與分析結(jié)果也基本相符。保持電壓和電流信號參數(shù)值不變,電流信號混入噪聲信號時波形如圖4所示。由于噪聲信號的影響,此時無功功率應(yīng)該在6600var 上下波動。瞬時無功功率波形和無功功率計算波形如圖5所示。計算得到的無功功率值在6600var上下波動,與分析的結(jié)果一致。圖5中“無功功率計算”圖為采用滑動平均算法計算得到的結(jié)果,“無功功率計算結(jié)果(算術(shù)平均”圖為采樣算術(shù)平均算法計算得到的結(jié)果。將無功功率計算結(jié)果圖橫坐標(biāo)放大,如圖6所示。采用滑動平均算法計算得到的連續(xù)的無功功率瞬時值,在消除高頻干擾的同時反映了真實的無功功率變化情況;而采用算術(shù)平均值計算得到的無功功