三相无功补偿及谐波治理的仿真研究

吴林峰　赵国良

摘 要：为了电网的安全性、稳定性和经济性，需要对电网中的无功功率和谐波分量分别进行补偿和治理。根据瞬时功率理论，运用理论中ip-iq无功电流检测算法，从相电流中分离出无功电流分量和谐波电流分量；再采用电流反馈和电压反馈的双闭环控制，来稳定和精确需要输出的补偿电流。以此来充分补偿相电流中的无功分量和谐波分量，从而增强电网的安全性、稳定性和经济性。

关键字：无功补偿；谐波治理；仿真；三相系统

1 前言

城市的发展带动了农村基础设施建设和劳动人民的富裕，人们生活水平的提升，有一大部分体现在了家用电器方面，智能电子学科丰富了电器的种类，给了人们全新的生活质量体验；但是各种电器功能的应用和电器数量的增加，对电网的压力也增加了。使电网中无功功率的含量升高，谐波对电网的影响也越来越大。

通过建立一个无功电流发生器，来补偿电网中的无功电流，在检测和补偿无功电流的同时，我们需要对相电流中的谐波分量适当的滤除，谐波的主要治理工作在分解得到有功和无功电流之后，则将有功电流进行分离，得到有功直流分量。与相电流相减，则可以得到需要补偿的无功电流分量与谐波电流分量之和。将其作为补偿电流，则补偿后的结果是，电网中只剩下相电流的有功直流分量。即可实现电网无功功率补偿和谐波治理。

2 ip-iq检测算法

最初是由赤木泰文提出的三相电路瞬时无功功率理论，也被称为p-q理论，此理论是以瞬时实功率p和瞬时虚功率q的定义为基础的；而ip-iq理论是由p-q理论分析进化得来的，ip-iq理论则是以瞬时有功电流ip和瞬时无功电流iq为基础的理论。

如图1所示，ip-iq的理论算法只需要三相电流ia、ib、ic和a相电压ua。由ua经锁相环PLL，锁存ua的频率、相位，再通过正余弦信号发生器电路生成正弦sin和余弦cos信号。对三相电流ia、ib、ic进行Clark变换，得到实电流ialfa、虚电流ibeta，则根据定义，经过C矩阵变换就可得到有功电流ip和无功电流iq。经LPF滤波器滤波后得到有功电流直流分量ip*和无功电流直流分量iq*，则将有功电流直流分量ip*和无功电流直流分量iq*进行C矩阵变换，得出直流分量实电流ialfaf和直流分量虚电流ibetaf，再由Clark反变换，形成相电流（滤除谐波）ia*、ib*、ic*。最后得到谐波电流iax=ia-ia*，ibx=ib-ib*，icx=ic-ic*。

若要得到谐波电流和无功电流，则在上述原理图中将无功电流iq计算过程断开即可；若只要得到无功电流，则直接将无功电流iq输入C矩阵计算，无需进过LPF滤波，断开有功电流ip的计算。

3 仿真结果分析

当t=0s时，电阻和感抗负载在运行；当t=0.02s时，整流电路负载接入电网开始运行；当t=0.04s时，三相无功补偿装置开始作用，补偿了无功电流和谐波电流；当t=0.08s时，整流电路负载断开，谐波电流消失；当t=0.12s时电阻和感抗负载断开。

通过对图2、图3的比较分析，可以看出：t=0.04s时，无功功率补偿装置开始补偿无功电流和谐波电流，且补偿效果很好，补偿后的相电流为标准正余弦波形，频率50Hz，相电流与相电压之间的相位差很小，近似为零。在t=0.12s时，其两个负载均断开系统，然而由于这个无功补偿系统在检测环节运用了低通滤波器，导致了补偿电流的滞后；在图2、图3中t>0.12s时，仍有相电流。

参考文献

[1] 付伟， 刘天琪， 李兴源，等. 静止无功补偿器运行特性分析和控制方法综述[J]. 电力系统保护与控制， 2014（22）：147-154.

[2] 张强， 高志强， 周强. 基于无功补偿技术户用型并网逆变器研究[J]. 电力电子技术， 2015， 49（1）：90-92.

[3] 孙运宾， 罗安， 肖华根，等. 带无功补偿功能的PWM整流器及其电流复合控制[J]. 电源技术， 2015， 39（1）：137-140.

[4] 付文秀， 范春菊. SVG在双馈风力发电系统电压无功控制中的应用[J]. 电力系统保护与控制， 2015（3）：61-68.

[5] 刘爱文， 罗安， 何志兴，等. H桥级联型SVG模型预测控制[J]. 电网技术， 2015（1）：83-89.

[6] 石新春， 张薇， 刘沛然. 双闭环控制SVG及脉冲封锁仿真研究[J]. 电源技术， 2015， 39（3）：606-608.

作者简介

吴林峰，安徽理工大学电气与信息工程学院，研究方向：无功补偿。