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摘要：全通数字滤波器作为一种特殊的IIR型数字滤波器，具有对各频率幅值衰减相同而相位偏移不同的特性。本文针对变流器控制算法中的单相功率计算需求，利用全通数字滤波器实现单相坐标变换，实现单相瞬时功率计算。理论分析全通数字滤波器传递函数中各系数的相对关系，借助MATLAB的FDATOOL工具进行全通滤波器设计。在三相SVG控制系统中采用此方法计算各相功率并求和，与直接采用三相瞬时功率所得结果相对比，结果表明此单相功率计算方法正确并具有很好的实用价值。
关键词：全通数字滤波器；单相瞬时功率计算；理论与仿真结合
0. 引言
采用IGBT器件构成的各类变流器设备控制系统中，将采样所得电压、电流通过计算获得当前功率是必不可少的环节，而计算所得功率的精度直接决定了变流器控制系统的响应速度和控制精度[1-3]。对于三相系统，目前一般利用三相坐标变换将电压、电流从abc坐标系变换至αβ或dq坐标系下进行瞬时功率计算[4~6]。为此，针对三相不平衡问题、单相变流器等越来越多的分相控制需求，考虑借鉴三相瞬时功率计算方法，采用某种方法将一个单独的交流信号虚拟构造成两个正交量，从而在αβ或dq坐标系下实现单相功率计算，而全通数字滤波器可以实现对各频率幅值衰减相同而相位偏移不同的特性可以很好的完成构造两个正交量的任务。
1.单相功率计算的原理
已知单相交流电压与单相交流电流，可通过如下框图进行功率计算。
图1 单相功率计算原理图
其中，交流电压ua、交流电流ia从abc->αβ坐标系的转换即需要全通数字滤波器来实现。
可见，图2中αβ值相等，且相位相差90°，符合实际要求。
3.单相功率计算求和与三相功率计算所得结果的比较
为验证此计算方法的正确性，在10kV SVG系统中分别计算得出三相的功率后相加，与直接采用三相瞬时功率计算方法所得数据进行比较，在不同运行电流下所得的功率如下表1所示。
可见，此利用全通数字滤波器构造正交量进行单相功率计算的方法可行。
4.结论
IIR型数字滤波器在变流器设备控制系统中的使用必不可少，而全通数字滤波器对所有频率幅值统一衰减、相位不同的特性可以在单相功率计算中起到作用。利用matlab软件中的FDATOOL工具，结合全通数字滤波器零极点共轭的特点，可简化数字滤波器的设计步骤，结合实际录波获得的滤波效果，构造出一个交流量的2个正交信号，在αβ坐标系下实现单相功率计算，通过在10kV SVG系统中将三个单相功率求和与直接采用三相瞬时功率计算所得的功率进行比较，验证了利用一阶全通数字滤波器实现正交量构成从而计算出单相功率这此方法的正确性。
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作者介绍：
施胜丹（1985.11.21），性别：女；籍贯：江苏南通；民族：汉；学历：硕士，研究生；职称：工程师；职务：项目研发；研究方向：电力电子控制研究及应用。
论文作者:施胜丹
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/25
标签：单相论文; 功率论文; 数字滤波器论文; 变流器论文; 正交论文; 坐标系论文; 所得论文; 《电力设备》2018年第4期论文;