基于瞬时无功理论的SVC无功功率算法及其LabVIEW实现

1、1 3/2007收稿日期:2007-01-20作者简介:黄振华(1983-,男,硕士研究生,从事虚拟仪器、F A C T S 技术和控制器等方面的研究;陈建业(1946-,男,教授,博士生导师,从事电力电子在电力系统中的应用和电气化铁道方面的研究。基于瞬时无功理论的SVC 无功功率算法及其L a b V I E W 实现黄振华,陈建业(清华大学电机系,北京100084摘要:大功率电力电子器件和F A C T S 装置在电力系统中的应用为电力系统提供了快速动态的响应,而根据传统无功功率的定义来计算S V C 系统中的无功功率的方法难以满足速度要求,因此本文采用瞬时无功理论来实现S V C 系统中

2、无功功率的计算。介绍了瞬时无功理论的原理和S V C 系统中瞬时无功功率的计算方法,然后采用滑动平均窗的方法实现对无功功率的检测。在虚拟仪器软件LabVIEW 中实现S V C 系统无功功率的计算并通过仿真,仿真结果表明算法能快速有效地检测S V C 系统中无功功率,为设计S V C 中无功功率的监测和控制系统提供理论依据和实现方法。关键词:瞬时无功理论;SVC 无功功率;LabVIEW 中图分类号:U223.5+3文献标识码:A 文章编号: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应用基础研究问题之一。其中无功功率的定义可以采用联合视在功率和有功功率之间的关系和扩展正弦电路这两种方式。传统的计算方法是根据正弦电路中无功功率的定义来计算无功功率。采用这种方法能够有效地计算一段时间内的无功功率,然而,在计算过程中需要首先分析和估计一段时间内线路电压、电流和两者之间的相位,然后再进行无功功率的计算。因此,传统的计算方

7、法难以满足系统动态快速补偿的要求。本文采用瞬时无功理论对SVC系统无功功率进行计算。瞬时无功功率理论突破了以周期为基础的传统功率定义,对系统无功功率的瞬时值进行分析和计算,可以满足无功功率补偿装置快速连续动作的要求。1无功定义与瞬时无功理论24含有谐波的非正弦电路无功功率至今还没有被广泛接受的科学权威的定义。根据视在功率S、有功功率P和无功功率Q之间的关系S2=P2+Q2,可以定义无功功率 1(3 (4式中 : ,(5将两相电流的表达式代入上式,得有功功率和无功功率的表达式得p=eaia+ebib+ecic (6式中:E m 电压幅值;角频率。根据瞬时无功矩阵变换得(9 由式(9及有功功率、无

8、功功率表达式得流信号为正弦信号,有效值为20A,相位滞后电压30°,为三相对称系统。三相电压和电流波形如图2所示。 按照正弦信号无功功率计算公式得Q =3EI sin =3×220×20×1/2=6600var(14式中:电压和电流信号之间的相位差。 根据前述三相瞬时无功理论及推导结果对三相无功功率进行计算,得瞬时无功功率波形和滑动平均无功功率波形如图3所示。 设三相电压表达式为式(8,则三相电流表达式为 (15根据无功功率的表达式得 仿真结果表明,在三相对称系统中,采用瞬时无功理论结合滑动平均算法能有效地计算系统中的无功功率,得到连续的无功功率值。保持

9、A 相和B 相电压和电流不变,C 相电压和电流下降到原来的80%,在三相不对称情况下,三相电压、电流波形和无功功率计算波形分别如图6和图7所示。 此时无功功率,与波形结果基本一致。保持三相不对称电压和电流信号不变,同时在电流信号混入噪声信号,电压、电流波形和无功功率计算波形分别如图8和图9所示。得到的波形与分析结果也基本相符。保持电压和电流信号参数值不变,电流信号混入噪声信号时波形如图4所示。由于噪声信号的影响,此时无功功率应该在6600var 上下波动。瞬时无功功率波形和无功功率计算波形如图5所示。计算得到的无功功率值在6600var上下波动,与分析的结果一致。图5中“无功功率计算”图为采用滑动平均算法计算得到的结果,“无功功率计算结果(算术平均”图为采样算术平均算法计算得到的结果。将无功功率计算结果图横坐标放大,如图6所示。采用滑动平均算法计算得到的连续的无功功率瞬时值,在消除高频干扰的同时反映了真实的无功功率变化情况;而采用算术平均值计算得到的无功功