傳統(tǒng)的功率理論及其有功功率、無功功率等物理量都是建立在平均值定義上的,它們只適用于電壓、電流均為正弦波時(shí)的情況。有功功率代表了負(fù)載在一個(gè)周期內(nèi)消耗的能量，無功功率對于單相電路代表了電源和負(fù)載之間的能量交換；對于三相電路代表了各相之間及負(fù)載之間的能量交換。

一正弦波情況下的三相功率

　　在交流電路中，有功功率是指一個(gè)周期內(nèi)發(fā)出或負(fù)載消耗的瞬時(shí)功率的積分的平均值(或負(fù)載電阻所消耗的功率)，因此，也稱平均功率。對稱的三相正弦電路，其有功功率計(jì)算公式如下：

　　P=3U_PI_Pcosφ

　　U_P、_IP分別為相電壓和相電流的有效值

　　P=√3UIcosφ

　　U、I分別為線電壓和線電流的有效值

　　φ均為相電壓與相電流的相位差

　　瞬時(shí)功率是指某一時(shí)刻電壓與電流的乘積，對稱的三相正弦電路，其瞬時(shí)功率計(jì)算公式如下：

　　P=3U_PI_Pcosφ

　　U_P、I_P分別為相電壓和相電流的有效值

　　φ均為相電壓與相電流的相位差

　　可以發(fā)現(xiàn)，對于對稱的三相正弦電路，三相瞬時(shí)功率等于三相有功功率，體現(xiàn)了系統(tǒng)的輸出或者負(fù)載的消耗功率恒定，功率沒有波動。

二三相瞬時(shí)無功功率理論

　　由于非線性負(fù)載，電網(wǎng)中會產(chǎn)生諧波，造成電網(wǎng)電壓、電流的畸變，波形已經(jīng)并非是正弦波。在非正弦情況下，以及任何過渡過程的情況，傳統(tǒng)的建立在平均值基礎(chǔ)上的功率理論已無法適用。在要求對快速變化的無功功率和高次諧波補(bǔ)償時(shí)，出現(xiàn)了瞬時(shí)無功功率理論。

　　瞬時(shí)無功功率理論最初被稱為pq理論，以p瞬時(shí)實(shí)功率和q瞬時(shí)虛功率定義為基礎(chǔ)，完整定義了瞬時(shí)功率量：瞬時(shí)無功功率、瞬時(shí)有功功率等。將三相電路的電壓電流瞬時(shí)值e_a、e_b、e_c和i_a、i_b、i_c 采用Clark變換矩陣，從三相abc坐標(biāo)系中變換為兩項(xiàng)靜止 坐標(biāo)系瞬時(shí)電壓e_a、e_b和瞬時(shí)電流i_a、i_b，進(jìn)行研究。

　　如圖1所示，矢量e_a、e_b和i_a、i_b可以分別得出電壓矢量e和電流矢量i：

　　圖1  a—b坐標(biāo)系中電壓電流矢量

　　然后對i向e和它的法線上進(jìn)行分解得到瞬時(shí)有功電流i_p和瞬時(shí)無功電流i_q為：

　　電壓矢量e的模與i_p、i_q相乘可得瞬時(shí)無功功率q和瞬時(shí)有功功率p：

三瞬時(shí)功率的典型應(yīng)用

01電網(wǎng)諧波檢測、無功分析、不平衡補(bǔ)償

　　通過實(shí)時(shí)計(jì)算、動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒?，能隨著負(fù)荷的變化而變化，具有良好的實(shí)時(shí)性和補(bǔ)償效果。最為廣泛的是有源電力濾波器、靜止無功補(bǔ)償器。

02電機(jī)、變壓器的故障診斷

　　故障情況下在定子、轉(zhuǎn)子電流中會產(chǎn)生特定頻率的諧波分量，通過測量電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)功率，然后進(jìn)行頻譜分析，來診斷相應(yīng)的故障。

　　通過直接用變壓器兩側(cè)電壓、電流的采樣值計(jì)算出三相差瞬時(shí)功率并對其進(jìn)行頻譜分析,根據(jù)變壓器在不同狀態(tài)下三相差瞬時(shí)功率所表現(xiàn)出的頻譜特性差異來識別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流。

03整流器逆變器運(yùn)行控制

　　建立整流器、逆變器的瞬時(shí)功率控制閉環(huán)模型，根據(jù)交流側(cè)有功功率與直流側(cè)功率平衡，來制定開關(guān)器件的開關(guān)策略。運(yùn)用瞬時(shí)功率控制策略的變流系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)試少。

04同步電機(jī)瞬時(shí)功率控制

　　輸入瞬時(shí)有功功率決定了定子側(cè)磁場幅值變化速率，而輸入瞬時(shí)無功功率則決定了定子側(cè)磁場旋轉(zhuǎn)速率，可以通過控制電機(jī)輸入瞬時(shí)有功無功功率來控制電機(jī)磁場和輸出轉(zhuǎn)矩，以獲得快速的轉(zhuǎn)矩動態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩。

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