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摘要：针对电气化铁路牵引负荷频繁变化导致无功功率缺失的问题，采用安装无功补偿装置帮助恢复引起的电压波动。但是负荷侧的非线性冲击负荷会导致无功补偿装置的性能下降，因此基于瞬时无功功率理论提出了一种改进的无功电流检测方法。
关键词：非线性冲击负荷;无功补偿;检测方法
随着我国经济发展，电气化铁道作为一种大运量的交通工具得到了迅速发展。但随着规模的不断扩大，产生的电能质量问题也相应增多，例如谐波污染和无功功率缺失。谐波污染和无功功率缺失不仅使得铁路建设投资浪费和运营成本增大，还会危及接入的电气设备，严重时还可能会影响行车安全。为了节约能源和保证铁路供电系统安全运行，必须进行无功功率补偿。但是目前投入使用的动态无功功率补偿装置已经无法应对频繁切换的各种负荷，存在补偿容量不足且功率因数低的问题，因此对现有无功补偿装置的技术改进研究显得尤为重要。电气化铁路的牵引负荷主要为单相非线性冲击负荷，能够产生很大的负序电流，在造成无功功率缺失的同时使得无功补偿变得困难。本文在瞬时无功功率理论的基础上进行深入的研究，提出了一种更加有效的基波正序电流的检测方法，从而检测到实际的无功补偿电流，实现动态的无功功率补偿，提高功率因数。
1 基于瞬时无功功率的无功电流检测方法
以三相电路瞬时无功功率理论为基础，计算p、q或、为出发点即可得出三相电路无功电流检测的两种方法，分别称之为p、q运算方式和、运算方式。
1.1 p、q运算方式
p、q运算方式的工作原理是根据定义计算出瞬时有功功率和无功功率，再经过低通滤波器（LPF）得到p、q的直流分量、。于是，由、即可计算出被检测电流、、的基波分量、、。
p、q运算方式的检测方法的框图如图1所示。
如图所示，由于无功补偿装置在提供无功功率时，需要在检测出补偿对象的无功电流之后，将进行变化即可计算出被检测电流、、的基波有功分量、、，
将、、与、、相减，即可得出、、的基波无功分量，也就是补偿电流、、。
1.2、运算方式
、运算方式的工作原理是通过获得与相电网电压同相位的正弦信号和对应的余弦信号进行检测。它们由一个锁相环和一个正、余弦信号发生电路构成。首先根据定义计算出、，经过低通滤波器滤波得出、的直流分量、，此时的、是由、、产生的，通过计算出这些数值，进而计算出、、。
、运算方式的检测方法的框图如图2所示。
如图所示，同理可知检测出补偿对象的无功电流之后，将进行变化即可计算出被检测电流、、的基波有功分量、、，将、、与、、相减，即可得出、、的基波无功分量，也就是补偿电流、、。
基于瞬时无功功率的无功电流检测方法，电路结构简单，计算量小，具有较好的准确性，但是当出现非线性冲击负荷时，检测的无功电流将会出现较大的误差。
2 改進的无功电流检测方法
在考虑到电气化铁路供电系统出现非线性冲击负荷时，之前的无功电流检测方法将会出现较大误差，所以提出一种改进的无功电流检测方法。
首先假设非线性冲击负荷造成的单相不对称畸变的电压和电流为和，分别表示单相电路的电压和电流的瞬时值。由和构造一个三相系统，并设、、和、、分别为所构造系统的三相电压、三相电流的瞬时值。
为了简化分析，将三相电压电流的瞬时值变换到两相正交的坐标系上，此时，由三相电路瞬时无功功率理论可知，该三相系统的瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为p、q如下式所示：
p、q分别可分解为直流分量和交流分量，据此可将单相电流分解为单相电路瞬时有功电流、单相电路瞬时无功电流以及无功电流
根据上述公式推导可知，此时新的无功电流检测框图如图3所示。
如图所示，PLL为锁相环，其后为正弦、余弦信号发生电路，它的输出是与同相的正弦信号和滞后的余弦信号。这部分电路的作用之一是消除非线性冲击负荷下电源电压波形畸变对检测结果的影响。这种无功电流的检测方法更加准确，实时性更好，能够实现动态的实时补偿，从而提高功率因数，保证铁路供电系统的安全稳定运行。
参考文献
[1] 王兆安， 杨君，刘进军编著.谐波抑制与无功功率补偿[M]. 北京：机械工业出版社，1998.
[2] 陈坤鹏， 谢运祥， 邓衍平， 龚臣.两种单相电路无功电流实时检测方法分析[J]. 电力电子技术. Vol.38，No.6， Dec.2004， pp.50-52.
[3] 郭伟峰.三相四线制并联有源电力滤波器的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学.2006.
[4] 王广柱. 有源电力滤波器谐波及无功电流检测的不必要性（一） [J].电工技术学报.Vol.22， No.1，Jan.2007， pp.137-141.
关键词：非线性冲击负荷;无功补偿;检测方法
随着我国经济发展，电气化铁道作为一种大运量的交通工具得到了迅速发展。但随着规模的不断扩大，产生的电能质量问题也相应增多，例如谐波污染和无功功率缺失。谐波污染和无功功率缺失不仅使得铁路建设投资浪费和运营成本增大，还会危及接入的电气设备，严重时还可能会影响行车安全。为了节约能源和保证铁路供电系统安全运行，必须进行无功功率补偿。但是目前投入使用的动态无功功率补偿装置已经无法应对频繁切换的各种负荷，存在补偿容量不足且功率因数低的问题，因此对现有无功补偿装置的技术改进研究显得尤为重要。电气化铁路的牵引负荷主要为单相非线性冲击负荷，能够产生很大的负序电流，在造成无功功率缺失的同时使得无功补偿变得困难。本文在瞬时无功功率理论的基础上进行深入的研究，提出了一种更加有效的基波正序电流的检测方法，从而检测到实际的无功补偿电流，实现动态的无功功率补偿，提高功率因数。
1 基于瞬时无功功率的无功电流检测方法
以三相电路瞬时无功功率理论为基础，计算p、q或、为出发点即可得出三相电路无功电流检测的两种方法，分别称之为p、q运算方式和、运算方式。
1.1 p、q运算方式
p、q运算方式的工作原理是根据定义计算出瞬时有功功率和无功功率，再经过低通滤波器（LPF）得到p、q的直流分量、。于是，由、即可计算出被检测电流、、的基波分量、、。
p、q运算方式的检测方法的框图如图1所示。
如图所示，由于无功补偿装置在提供无功功率时，需要在检测出补偿对象的无功电流之后，将进行变化即可计算出被检测电流、、的基波有功分量、、，
将、、与、、相减，即可得出、、的基波无功分量，也就是补偿电流、、。
1.2、运算方式
、运算方式的工作原理是通过获得与相电网电压同相位的正弦信号和对应的余弦信号进行检测。它们由一个锁相环和一个正、余弦信号发生电路构成。首先根据定义计算出、，经过低通滤波器滤波得出、的直流分量、，此时的、是由、、产生的，通过计算出这些数值，进而计算出、、。
、运算方式的检测方法的框图如图2所示。
如图所示，同理可知检测出补偿对象的无功电流之后，将进行变化即可计算出被检测电流、、的基波有功分量、、，将、、与、、相减，即可得出、、的基波无功分量，也就是补偿电流、、。
基于瞬时无功功率的无功电流检测方法，电路结构简单，计算量小，具有较好的准确性，但是当出现非线性冲击负荷时，检测的无功电流将会出现较大的误差。
2 改進的无功电流检测方法
在考虑到电气化铁路供电系统出现非线性冲击负荷时，之前的无功电流检测方法将会出现较大误差，所以提出一种改进的无功电流检测方法。
首先假设非线性冲击负荷造成的单相不对称畸变的电压和电流为和，分别表示单相电路的电压和电流的瞬时值。由和构造一个三相系统，并设、、和、、分别为所构造系统的三相电压、三相电流的瞬时值。
为了简化分析，将三相电压电流的瞬时值变换到两相正交的坐标系上，此时，由三相电路瞬时无功功率理论可知，该三相系统的瞬时有功功率和瞬时无功功率分别为p、q如下式所示：
p、q分别可分解为直流分量和交流分量，据此可将单相电流分解为单相电路瞬时有功电流、单相电路瞬时无功电流以及无功电流
根据上述公式推导可知，此时新的无功电流检测框图如图3所示。
如图所示，PLL为锁相环，其后为正弦、余弦信号发生电路，它的输出是与同相的正弦信号和滞后的余弦信号。这部分电路的作用之一是消除非线性冲击负荷下电源电压波形畸变对检测结果的影响。这种无功电流的检测方法更加准确，实时性更好，能够实现动态的实时补偿，从而提高功率因数，保证铁路供电系统的安全稳定运行。
参考文献
[1] 王兆安， 杨君，刘进军编著.谐波抑制与无功功率补偿[M]. 北京：机械工业出版社，1998.
[2] 陈坤鹏， 谢运祥， 邓衍平， 龚臣.两种单相电路无功电流实时检测方法分析[J]. 电力电子技术. Vol.38，No.6， Dec.2004， pp.50-52.
[3] 郭伟峰.三相四线制并联有源电力滤波器的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学.2006.
[4] 王广柱. 有源电力滤波器谐波及无功电流检测的不必要性（一） [J].电工技术学报.Vol.22， No.1，Jan.2007， pp.137-141.