>黄绍平，彭晓，浣喜明
（湖南工程学院电气与信息工程系，湘潭411101） 高质量的输电和供用电系统，均需要实时的无功补偿，以保证传输和供用电的电能质量。随着电子电力技术和计算机技术的迅速发展，出现了各种高性能的无功补偿装置，如晶闸管控制电容器（TSC）、固定电容器＋晶闸管控制电抗器（FC＋TCR）等结构型式的静止无功补偿装置（SVC）。近年来，静止无功发生器（SVG）成为电力领域的研发热点，代表着新的发展方向。SVG通过不同的控制，既可以发出无功功率，又可以吸收无功功率。有源电力滤波器（APF）可以综合地提高电能质量，它既可以消除谐波，同时又可以补偿无功。
上述所有装置均需对电网或负载的无功电流或无功功率进行实时检测，以实现无功功率的有效控制。对于SVC，通过检测传统功率理论上的无功电流或无功功率，即可实现对电容器的投切控制或电抗器的连续调节。而SVG和APF，对测量环节提出了更高的要求，要求检测出瞬时无功电流。
以下介绍无功电流幅值、无功功率、瞬时无功电流微机检测的原理与方法，并给出检测电路原理框图。
2 无功电流幅值的微机检测
图1是采用电容器对负载进行无功补偿的系统示意图。式中，ip（t）和iq（t）分别为有功电流分量和无功电流分量。
可见，只要测量在电压正向过零时刻的负载电流，就可知对应的无功电流幅值IQM。这种无功电流检测方法的优点是简单，快速（在一个周期内只要采样一次）。
基于上述原理的无功电流幅值检测原理电路框图如图2所示。来自电压互感器的电压信号u和电流互感器的电流信号i经过低通滤波器（LPF）滤波后，由过零脉冲发生电路产生电压正向过零脉冲信号，此信号作为采样保持器的采样开关信号，则采样保持器的输出就是无功电流幅值。
检测无功电流幅值可用于TSC装置。由图1可知，il＝ic＋is，如果使iq＝ic，则实现了完全补偿。由
ΔC即为全补偿所需投切的电容量。若ΔC为负，则是切除相应容量的电容器；反之，则应投入相应容量的电容器。
3 无功功率的微机检测
对于三相对称电路，只要取任意两相电压（线电压）和另一相电流，就可测得三相无功功率，作为电容器的投切判据。如图3所示。
如何由信号ubc和ia得到Ubc，Ia和Pbc是进行无功功率检测的关键。在这里，可以让单片机通过A／D转换器同时对ubc和ia信号在一个周期内进行N次采样，由此进行下述离散运算：
其中，k表示第k次采样。
4 基于瞬时无功功率理论的瞬时无功电流检测
4．1 瞬时无功功率理论简述
在瞬时无功功率理论体系中，将三相瞬时电压ua，ub，uc和瞬时电流ia，ib，ic分别变换到两相正交的α－β坐标系上，得到两相瞬时电压uα，uβ和瞬时电流iα，iβ，有
在α－β平面上，矢量uα，uβ的合成旋转电压矢量为u，iα，iβ的合成旋转电流矢量为i，则有
根据三相电路各相电压的相位关系，设矩阵C
式中，CT为C的转置矩阵。
4．2 瞬时无功电流微机检测的原理
三相电路瞬时无功电流的检测原理框图如图4所示。ADC为模数转换器，将模拟信号转换成数字信号；PLL为锁相环，精确地检测电网电压的过零点，向正弦、余弦发生环提供同步信号；正弦、余弦发生环用于消除电网电压波形畸变的影响，产生和输出所需的正弦信号和余弦信号，正弦信号sinωt与ua同相位，余弦信号cosωt滞后电网电压ua的相位角为90°。这样，对于畸变的电网电压，该检测算法也能准确地测出瞬时无功电流。
图4中，电网三相电流经三相／两相变换成有功电流分量ip和无功电流分量iq，分离出的无功电流分量iq经两相／三相变换，输出三相瞬时无功电流iaq，ibq，icq，从而实现了电网瞬时无功电流的检测。除PLL由硬件实现外，正弦余弦发生环、三相／两相、两相／三相变换等均由软件进行处理。在变换中需要的sinωt和cosωt数据由存储在存储器的预先计算好的数据来提供，但必须要与A相电网电压信号同步，因为电网的频率并不是严格的50Hz，而是在一定范围内波动，因此需要用一个过零比较器来实现每一个周期的零点定位，在每一个电网周期的起始处产生中断信号使处理器定位过零点。
5 结束语
无功电流幅值和无功功率的微机检测方法简单，易于实现，在SVC等装置中得到广泛应用。我们在研制TSC型无功功率补偿装置中就运用了这两种检测方法，实践证明是有效的，能达到装置所要求的性能。而基于瞬时无功功率理论的瞬时无功电流检测在无功功率发生器（SVG）和有源电力滤波器（APF）中获得广泛应用［1，2］。参考文献1王兆安,杨君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社,1998
2孙树勤.无功补偿的矢量控制[M].北京:中国电力出版社,1998
3 熊元新，陈允平．三相电路瞬时无功功率分析与计算［J］．电力系统及其自动化学报，2001，13（1）：15－17
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5 粟时平，刘桂英，王旭红．基于广义无功功率理论的广义瞬时无功电流的微机测量［J］．长沙电力学院学报（[1][2]下一页
