关于瞬时无功功率理论的探讨

通过瞬时无功功率P-Q理论(IRP)及电流物理分量理论(CPC)在电网电压、电流为正弦的三相三线制不对称电路中的应用的对比,表明瞬时无功功率理论的分析结果与电路中的某些功率现象不一致:即无功功率Q为零时,瞬时无功电流可能不为零;有功功率P为零时,瞬时有功电流不为零;电源电压为正弦,负荷为非谐波源时,瞬时有功电流和瞬时无功电流中都包含三次谐波分量。瞬时有功功率p、瞬时无功功率q与有功功率P、无功功率Q及不平衡功率D之间的关系说明p、q分别与多个功率现象相关,仅用P、Q的瞬时值不能无延时的辨识三相负荷不对称系统的功率特性。这一结论对有源电力滤波器的控制算法具有重要意义。     

电流物理分量理论的认识与分析

功率理论是电能计量、电力传输效率评估与电能质量治理的基础之一。现代电力系统日益复杂,谐波不平衡问题日益突出,传统正弦条件下的功率理论不再适用,因此,研究非线性条件下的功率理论具有重要的理论和实际意义。其中,电流物理分量理论(CPC理论)备受关注。文章首先详细概述了CPC理论的内涵,然后结合MATLAB/SIMULINK仿真,对各电流分量及其所代表的物理意义进行了深入分析,指出了其定义的局限性,对重新认识和研究CPC理论,并进一步应用具有重要的借鉴意义。     

非正弦周期电流的频域和时域分解方法

分别从频域和时域2个方面,分析了非正弦周期电流的分解方法, 讨论了各电流分量的定义、物理意义、作用以及它们之间的关系。所有这些都是以Budeanu和Fryze非正弦条件下的功率定义为线索,并结合了其他功率定义思想。所获得的结论为有针对性地补偿非正弦周期电流中有关分量提供了理论依据。     

非正统周期电流的频域和时域分解方法

分别从频域和时域２个方面,分析了非正弦周期电流的分解方法。讨论了各电流分量的定义、物理意义、作用以及它们之间的关系。所有这些都是以Ｂｕｄｅａｎｕ、Ｆｒｙｚｅ非正弦条件下的功率定义为线索,并结合了其他功率定义思想。所获得的结论为有针对性地补偿非正弦周期电流中有关分量提供了理论依据。     

非正弦周期电流电路瞬时无功功率频率分量研究

根据正弦电流电路功率理论的思想,对非正弦周期电流电路功率分量进行分解,将分解后的各频率分量与正弦电流电路瞬时功率各分量比较,分解的分量与正弦电流电路无功功率脉动分量相同性质分量定义为各次频率无功功率脉动分量,同时根据正弦电流电路无功功率的定义思想,定义了各频率无功功率。     

IRP理论和IEEE Std 1459-2010在变流器驱动电机能效测试中的应用比较

由于变流器输出的非正弦电压电流波形具有多样性和复杂性,传统的功率理论在变流器驱动电机能效测试中已经失去实用性。本文将两种主流的非正弦条件下的功率理论,即瞬时无功功率理论(IRP)和标准IEEE Std 1459-2010,引入变流器驱动电机的能效测试中,对比分析其实用性。首先基于数学分析,提出了一种考虑铁耗的三相异步电机仿真模型,并以此构建了一个典型的两电平PWM变流器电机驱动系统。以此系统作为算例,通过利用IRP理论、标准IEEE Std 1459-2010中提供的方法以及电机仿真算例中的内部变量,对电机的有功功率、视在功率进行了对比。结果表明,在变流器驱动电机能效测试中,这两种理论对电机效率的评估效果相同,与通过仿真算例内部变量计算得到的效率相吻合;在视在功率评估上,采用标准IEEE Std 1459-2010更合适。     

基于功率潮流分析的电能计量新方法

针对非平稳畸变信号条件下电能准确合理计量问题,在非线性负载泛函级数模型的基础上,进行了功率潮流分析并提出畸变信号条件下电能计量新方法。根据泛函级数理论中Wiener核与Volterra核转换定理求得负载的Volterra核,应用Volterra级数理论将正弦输入信号条件下负载输出电流与电压用Volterra泛函级数表示。利用小波分解与重构算法对电流与电压信号进行分解与重构,求出功率潮流分析所需电流与电压的基波分量与畸变分量。结合IEEE-Std1459-2010标准定义,以半导体整流器、电力机车及两者组成的复合系统为例,对非线性负载进行功率潮流分析,依据各功率潮流的物理意义及潮流方向,提出畸变信号条件下电能计量新方法。仿真结果表明非线性负载功率潮流仿真结果与理论结果一致,基于功率潮流分析的电能计量新方法能够实现畸变信号条件下电能的合理计量。     

计及谐波功率修正的独立微电网三相潮流计算

以整流装置带负载为代表的非线性负荷是引起微电网谐波的主要因素之一,而微电网中的非线性负荷比例越来越高,在潮流计算过程中必须考虑谐波潮流与基波潮流的相互影响。提出一种计及谐波功率修正的独立微电网潮流计算方法,该方法立足于独立微电网的运行控制特点和三相非正弦条件下的电流物理分量功率理论,将微电网系统模型及整流装置谐波源耦合矩阵建模作为分析基础;通过对分布式电源节点以及整流装置接口的处理,先求解交流基波的三相潮流,再计算各节点三相谐波电压和注入谐波电流,并以谐波功率对基波功率的修正偏差作为潮流计算的收敛条件。算例分析表明,采用上述独立微电网潮流计算及功率修正方法得出的潮流结果与时域仿真结果之间具有较好的对应关系,验证了所提方法的有效性。     

支路功率损耗分量定理

克希霍夫电压和电流定律可以求取各电源单独作用下支路和电流和电压分量,结合线性电路的叠加理即可求得所有电源共同作用下支路的总电流和总电压。由于叠加定理不适用于功率,其它的电路又未涉及支路的功率分量问题,而所有电源共同作用下各电源在支路中引起的功率分量和损耗分量是电力市场输电定价的依据,为此,本文基于微积分理论首次提出并证明了支路功率损耗分量定理,并给出了支路功率分量的递归算法,它即丰富和发展了传统的电路理论,又促进了电力市场的健康发展。     

复功率电源的元件功率分量理论与仿真

基于支路复功率分量理论^〔1〕,推导了具有多条串并联等效支路的电力元件上复功率损耗和潮流分量的准确计算公式。建立了电力元件上复功率损耗分量与电源之间的准确对应关系和电力元件首、末端潮流分量之间的非线性关系。将传统的只适用于无损网络的流追踪法推广到有多等效支路的元件构成的有损网络,提出了复功率地节点负荷和元件功率分量贡献的有效计算方法,为电源对电力系统元件利用份额的唯一性和深入研究输电服务奠定了理论基础。多个系统的数字仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

三相非正弦配电网的多重矢量功率理论及无功电流补偿策略

随着配电网源网荷储的复杂性提升使电压不平衡和畸变更加严重,现有三相功率理论不能满足平衡条件并导致无功补偿效果不佳。为此,提出了三相非正弦配电网的多重矢量功率理论和无功补偿策略。利用对电压和电流的频域分解结果建立基向量并形成电压和电流矢量,并定义两矢量的几何积为多重矢量功率,并证明该理论满足功率平衡。根据多重矢量功率理论提出了以单位基波功率因数和理想谐波消除为补偿目标的2种改进补偿策略。在不同非理想电压工况下对比了不同功率理论下的7种无功分量检测算法,并选择结果较好的5种算法进行无功补偿仿真分析和实验验证。结果表明,改进单位基波功率因数法可实现流入系统的视在功率最低,从而实现传输损耗最低;改进完美谐波消除法对无功、谐波和不平衡分量的综合补偿效果最好。     

电流物理分量理论改进方法及其在 电能质量评估中的应用

随着现代电力系统的不断发展,电源特性、电网络结构和负荷类型及其构成正在发生着巨大变化,电流引发的电能质量问题越来越突出,而已有方法难以对电流扰动量进行全面评估。为此,该文提出了一种改进的电流物理分量理论,包括工作电流、基波主导无功电流、基波主导负序电流、基波主导零序电流以及谐波电流分量。该方法适用于各种系统条件,并能够全面地针对电流做功效率、不平衡及谐波等物理现象进行量化。在分析电流质量评估关键问题与指标的基础上,研究了改进电流物理分量理论在电力扰动源支路或其集总支路上的电流质量评估中的应用,最后通过对物理实验与工程实测数据的评估验证了所提出方法的可行性与实用性。     

基于正弦幅值积分器的有源滤波器谐波检测

有源滤波器的谐波检测技术需要分离三相电流的基波分量。在电网非理想工况下,由于电流负序基波分量的影响,传统的谐波检测技术的性能受到一定的影响。文章通过在电网不对称工况下正弦幅值积分器的频域分析,提出一种在电网非理想工况下的谐波检测检测技术,该方法利用在αβ坐标下正弦幅值积分器(SAI)频率的选择作用,提取三相电流基波分量。文章详细介绍了基于正弦幅值积分器的谐波检测技术的工作原理、数学模型、频域分析,理论验证方案的可行性。搭建仿真模型,结果表明文章所提方法可以有效消除非理想工况对谐波检测的影响,准确快速检测到基波分量,给出补偿电流指令。     

传统无功功率理论及其局限性

20世纪80年代,国内外许多学者提出了基于任意周期电压、电流条件下的功率体系,一些功率体系得到了广泛的应用。在非正弦电路中,有功功率定义已被公认,关于无功功率却一直没有定论,现存的功率体系存在着不同程度的缺陷,无法满足任意周期电压、电流条件下的谐波、负序电流、无功功率统一补偿的需要。本文描述了4种广为流传的无功功率定义,并对其进行了分析,提出了新的无功功率应满足的条件。     

CPT及IRPT多场景电流分解对比及分析

以新能源为主体的新型电力系统发展对系统计量装置、功率变换设备等提出了新要求,迫切需要革新的功率理论指导上述设备的设计与控制,以适应不同电气系统结构。通过构建多种含不同源荷类型的三相电气系统场景,针对守恒功率理论（CPT）及瞬时无功功率理论（IRPT）,重点讨论二者在不同应用场景中电流分解的相似点及不同点。分析结果显示：IRPT仅在电压正弦条件下可以获得较好的电流分解结果,而基于CPT的电流分解,在正弦或非正弦等不同电压、负荷情况下均可较好地解释功率传输现象、分析负荷特性,其可作为有效的理论工具用于负荷特征识别、电费计量、滤波与补偿、功率变换器等领域中。     

基于Hilbert变换的非正弦电路无功及瞬时无功功率定义

非正弦电路无功功率及瞬时无功功率尚无统一的定义。文中从传统单相正弦电路功率的另一种表述出发，给出了基于Hilbert变换、适用非正弦单相电路的无功功率以及瞬时无功功率定义。其中，无功功率定义为电压Hilbert变换与电流共同作用产生的平均功率，瞬时无功功率定义为电压Hilbert变换与电流无功分量瞬时值的乘积，而电流无功分量定义为电流在电压Hilbert变换上的投影。该定义满足功率定义的一般要求，具有与有功功率及瞬时有功功率定义相同的表示形式和特性，同时满足方向性和平均性条件。最后通过具体算例验证了其正确性。     

No.6电功率理论的概况与发展

文章讨论了电力系统中电功率的定义,指出传统的功率理论不适用于非正弦电路。在频域方法中,对Budeanu、ShepherdZakikhani理论作了简要分析,指出其缺点和工程应用中存在的问题;对Fryze时域方法作了评述;特别对Akagi瞬时无功功率理论,指出由于不能正确理解abc到αβ变换矩阵的使用条件,导致了大量的误用。较详细地介绍了IEEE Std 1459,该标准提供了在正弦,非正弦,平衡或不平衡条件下设计和使用测量仪器的准则。     

基于Hilbert变换的非正弦电路无功及瞬时无功功率定义

非正弦电路无功功率及瞬时无功功率尚无统一的定义。文中从传统单相正弦电路功率的另一种表述出发，给出了基于Hilbert变换、适用非正弦单相电路的无功功率以及瞬时无功功率定义。其中，无功功率定义为电压Hilbert变换与电流共同作用产生的平均功率，瞬时无功功率定义为电压Hilbert变换与电流无功分量瞬时值的乘积，而电流无功分量定义为电流在电压Hilbert变换上的投影。该定义满足功率定义的一般要求，具有与有功功率及瞬时有功功率定义相同的表示形式和特性，同时满足方向性和平均性条件。最后通过具体算例验证了其正确性。     

计算线性系统和非线性系统失真功率的新方法

论述了线性系统和非线性系统在非正弦电压或电流作用下失真功率的新计算方法，用它可以分析和直接计算任何系统的失真功率分量。     

三相电路中功率现象的解释及无功功率的分类

该文对三相电路的功率现象进行了详细的物理分析，并指出：三相瞬时有功功率之和不为常数是电源电压为非正弦及不对称所必须付出的代价；提出了在非正弦及不对称电路中，三相电路(包括三相三线制和三相四线制)中不仅存在相间无功流动，而且可能存在电源与负载间的无功流动的观点，并在通用瞬时功率理论的基础}，给出了基于最小能量传输损失的三相相间流动的无功功率、三相电源与三相负载间流动的无功功率定义。文中所定义的相间流动的无功电流、三相电源与三相负载间流动的无功电流以及有功电流之间具有两两正交的关系。如果忽略电源与负载间的无功流动，则通用瞬时功率理论与赤木泰文瞬时无功理论一致。