从一个简单例题再看交流电路的无功功率

本人在《电工教学》第15卷第3期上《对复功率的论证》一文中,提出了建立在瞬时功率基础上的有功功率、无功功率瞬时表达式以及它们的复数表达的新定义。该文的主要内容为:     

相量变换在正弦电路功率分析中的应用

本文介绍了相量变换原理及其在正弦电路功率分析中的应用.基于复功率等于电压相量与电流相量共轭积的定义,得出了复功率与有功功率和无功功率的关系;建立了有功功率、无功功率、复功率及复交流功率与瞬时功率的关系,进而仅基于瞬时功率的守恒性便证明了上述功率也满足守恒性.由于这些功率守恒性的证明不需要特勒根定理为基础,因而有助于学生在学习特勒根定理之前理解交流电路功率的守恒性.     

对复功率的论证

长期以来,电路理论中对交流电路的功率分析,定义复功率P=UI,存在某些不理想之处。本文提出了直接对应于功率瞬时表达式的复功率(复全功率、复有功功率及复无功功率),使之与电压、电流瞬时表达式及其复数形式间的关系一致。这样,在交流电路的分析中,电压、电流及电功率的分析计算在运用复数这一方法上便可完全统一起来。原先带有某些虚拟性的无功功率也落到了实处。1993年第2期本刊发表了刘立中同志《对视在功率和无功功率的新看法》一文,读后有所启发,因而写成本文。该文对一般理论电工学中提出的视在功率和无功功率,在定义上似有误解之处。文中对它们提出的新看法,也未作出比较明确的物理解释。例如,该文提出“视在功率瞬时值是全功率P_t周期波的正弦分量”,“所谓无功功率,只不过是特殊(?)的视在功率”(意指纯电阻、电感或电容支路的视在功率)。“S_L和Q_L两者绝对值相等但相位不同”等。文中也都缺乏必要的论证。本文不打算针对这些问题进行讨论,而是在该文的启发下,提出自己对复功率、有功功率及无功功率等一些新的看法,并给出新的定义与新的数学表达式,希望与对此有兴趣的同志共同探讨。     

导储能系统用电流型变流器控制超设计和实验

本文推导了SPWM控制下的电流型变流器的有功功率、无功功率和调制比、相位角的关系,设计了一种基于瞬时功率理论的电流型变流器功率闭环控制方法。结合变流器实验样机,对超导储能系统用电流型变流器四象限功率控制方法进行了验证．给出了试验波形。     

基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测

介绍了基于瞬时无功功率的谐波和无功电流实时检测理论。该理论突破了传统的平均值功率定义,系统的定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率。可实时的检测电力系统中的谐波和无功电流。讨论了瞬时无功功率理论,得出基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测算法。结果表明,这种检测法能为抑制谐波和无功补偿提供可靠的谐波及无功分量。     

基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测

介绍了基于瞬时无功功率的谐波和无功电流实时检测理论.该理论突破了传统的平均值功率定义,系统的定义了瞬时无功功率、瞬时有功功率.可实时的检测电力系统中的谐波和无功电流.讨论了瞬时无功功率理论,得出基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测算法.结果表明,这种检测法能为抑制谐波和无功补偿提供可靠的谐波及无功分量.     

采用坡印亭矢量分析正弦电路的能量流动

正弦交流稳态情况下,有功功率和无功功率是描述电路能量状态的两个基本物理量。本文以平板形单相和三相传输线中正弦交流稳态功率分布为例,采用坡印亭矢量,对电路中的有功功率和无功功率流动的物理图像进行描述。本文的目的在于建立正弦交流稳态电路能量流动的物理图像,构建电路理论有功功率和无功功率与电磁能量空间流动图像之间的关系。     

采用pq瞬时功率理论的三相电压源变换器的研究

瞬时有功和无功功率理论,即Pq瞬时功率理论,得到了广泛的研究和实际应用。本文基于pq瞬时功率理论,分析了三相有源电力滤波器三种主要控制策略的工作原理,包括瞬时功率恒定策略、电流波形正弦策略、广义Fryze电流控制策略,另外简要分析了三相有源电力滤波器的另一种同步功率传输控制策略,并在三相供电电压平衡和对称的条件下,将pq瞬时功率理论应用到三相电压源PWM整流器中,采用MATLAB/SIMULINK进行较为深入的仿真分析,获得了非常满意的结果。结果表明,相比平均功率理论,采用pq瞬时功率理论,三相电压源变换器具有响应快、控制简单等优点。     

一种新型开关表的PWM整流器直接功率控制

为了提高三相电压电压型PWM整流器的性能,改善传统开关表的直接功率控制时开关损耗大且不固定,以及有功功率和无功功率控制解耦能力不足的问题,文中通过对PWM整流器和瞬时功率理论研究的基础上,提出一种基于三电平比较器的新的开关表直接功率的方法,并通过设置扇形边界死区的控制策略细分开关表,这种新开关表通过消除两个扇区中间区域的错误控制,能较好的降低主电路开关频率,增加功率控制性能,使交流侧电流输入谐波率更小,提高整流器的功率因数。在MATLAB/Simulink环境下,对改进前后直接功率控制的稳态性能进行比较,验证了该设计方法的可行性,具有应用参考价值。     

基于超级电容的静止无功补偿器的研究，

为了实现在配电网骤降时同时补偿有功能和无功功率的目的,采用Buck／Boost型双向直流变换器连接超级电容储能装置与静止无功补偿器这一结构的电压一电流双闭环PI控制方法,通过Matlab／Simulink软件,做了相关仿真实验,得到了超级电容无论吸收功率,还是释放功率,其直流母线侧电压均恒定的结果,整个装置具有既能补偿无功功率损失又能补偿有功功率损失的特点。     

基于瞬时无功功率理论的APF的研究与仿真

本文介绍了并联型有源电力滤波器的工作原理和基于瞬时无功功率理论的谐波和无功电流检测方法,用Matlab SimUlink建立了带典型负载的电力有源滤波器的仿真模型,模拟实际系统,用于检验其策略和参数在实际条件下的工作情况。仿真模型的结果表明：基于瞬时无功功率理论的有源滤波器,可以很好的起到动态抑制电网谐波和补偿无功的作...     

Harmonic and reactive power compensation based on the generalizedinstantaneous reactive power theory for three-phase four-wire systems

This paper presents harmonic and reactive power compensation based on a generalized theory of instantaneous reactive power for three-phase power systems. This new theory gives a generalized definition of instantaneous reactive power, which is valid for sinusoidal or nonsinusoidal and balanced or unbalanced three-phase power systems with or without zero-sequence currents and/or voltages. The properties and physical meanings of the newly defined instantaneous reactive power are discussed in detail. A harmonic and reactive power compensator based on the new theory for a three-phase harmonic-distorted power system with zero-sequence components in the load current and/or source voltage is then used as an example to show harmonic and reactive power measurement and compensation using the new theory. Simulation and experimental results are presented     

选择性有源滤波器治理12脉波整流器的谐波

文章介绍12脉波整流器应用选择性有源滤波器抑制谐波电流和补偿无功,采用基于瞬时功率理论的谐波和无功电流检测方法。对有源滤波器和负荷系统进行仿真,并对仿真结果进行详细分析。仿真结果表明：基于瞬时功率理论的谐波和无功电流检测方法可以准确、实时地检测出三相电流中的任意次谐波及无功电流,有源滤波器抑制11次和13次谐波电流,并补偿无功。     

三相四线制系统两种谐波检测方法的比较研究

有源电力滤波器是用于对三相电网的无功谐波进行动态补偿的装置,其中谐波和无功电流的准确、实时检测是决定有源电力滤波器补偿性能好坏的关键因素。本文首先简要介绍了三线四线制系统下的瞬时无功功率理论,阐述了p-q-o和i_p-i_q-i_o两种谐波检测方法的原理。通过对两种检测方法的稳态和暂态滤波性能,以及电网电压发生畸变的情况下的滤波性能进行综合比较,两种算法的稳态动态滤波性能都是较理想的,并且对中线电流抑制有较好的效果,但在电网电压发生畸变的情况下,i_p-i_q-i。检测法能准确地检测出谐波电流,而p-q-o检测法有明显的误差。     

关于无功功率的讨论

本文针对电路教学实践,对无功功率的物理意义、无功功率的大小和符号以及无功功率与正弦稳态瞬时功率之间的关系进行了讨论,指出平均功率是由同相电压、电流分量产生的,而正交电压、电流分量则产生无功功率,并据此导出了无功功率与正弦稳态瞬时功率之间的两种表达式。本文廓清了关于无功功率的一些模糊认识,可供讲授电路课程的教师参考。     

有源滤波器的三相四线制谐波检测新方法研究

基于瞬时无功理论的传统有源滤波器在三相四线制电路中不适用,文章针对这个问题,综合运用瞬时无功理论中的p-q方法和ipi-q方法,提出了一种新的基于瞬时无功理论的有效的三相四线制谐波检测新方法,将三相电流中的零序电流剔除,完善了p-q方法和ip-iq方法的不足,通过计算验证了该方法适用于任何三相电路,包括三相四线制电路,并且三相电压波形的畸变不影响检测结果的准确性。并用MATLAB仿真验证了该方法的准确性和有效性。该方法有效地解决了传统有源滤波器不适用于三相四线制电路的缺陷。     

An instantaneous active and reactive current component method foractive filters

A shunt active filter based on the instantaneous active and reactive current component i_d-i_q method is proposed. This new control method aims to compensate harmonics and first harmonic unbalance. To evaluate its relative performance, it is compared with the instantaneous active and reactive power p-q method under various mains voltage conditions and for different harmonic injection high-pass filters. Both methods are completely frequency-independent, however under distorted mains voltages the proposed method presents a better harmonic compensation performance. The system synthesis and implementation are performed. Simulation and experimental results are presented     

Sensorless induction motor drive with a single DC-link currentsensor and instantaneous active and reactive power feedback

This paper proposes a novel torque and speed control structure for low-cost induction motor variable-speed drives with a single DC-link current sensor. The controller is based on reconstruction of the active and instantaneous reactive power from the DC-link current without the use of a shaft sensor. An effective way of achieving tracking of set values of motor torque and flux is to base the estimation on the instantaneous active (P) and reactive power (Q). The paper proposes a way for extracting instantaneous P and Q information from the DC-link current and the pulsewidth modulation pattern. Torque and flux controllers suitable for general purpose and traction applications are proposed. The paper presents analytical considerations, straightforward design guidelines, and experimental results obtained from a traction system with a battery-fed three-phase inverter and a 7.5 kW traction motor