Moce i kompensacja w obwodach z okresowymi przebiegami prądu i napięcia. Cz. 9, Defekty teorii chwilowej mocy biernej p-q Nabae'a i Akagiego

• Autorzy: Czarnecki L. S.

Warianty tytułu

EN

Powers and Compensation in Circuits with Periodic Voltages and Currents. Part 9, Defects of Nabae and Akagi's Instantaneous Reactive Power p-q Theory

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Teoria chwilowej mocy biernej (CMB) p-q, Nabae'a i Akagiego tworzy nie tylko podstawę teoretyczną algorytmów sterowania kompensatorów przełączających, lecz staje się w' ostatnich latach także metodą opisu właściwości energetycznych obwodów trójfazowych. Poprawność tego opisu jest w niniejszym artykule analizowana na podstawie teorii składowych fizycznych prądu (SFP). Artykuł pokazuje, że teoria chwilowej mocy biernej p-q sugeruje błędne interpretacje właściwości energetycznych obwodów trójfazowych. Mianowicie, chwilowy prąd bierny może według tej teorii pojawić się w prądzie odbiornika o zerowej mocy biernej, zaś chwilowy prąd czynny może pojawić się w prądzie odbiornika o zerowej mocy czynnej. Ponadto, prądy te są niesinusoidalne, nawet jeśli napięcie zasilania jest sinusoidalne i nie ma w odbiorniku żadnych źródeł harmonicznych. Co więcej, pomimo takich właśnie sugestii, teoria chwilowej mocy biernej nie umożliwia momentalnej identyfikacji właściwości energetycznych odbiorników trójfazowych. Znajomość mocy chwilowych/t i q w pewnym momencie nie pozwala wyciągnąć żadnych wniosków co do właściwości odbiornika. Artykuł wyj aśnia przyczyny interpretacyjnych ograniczeń teorii chwilowej mocy biernej. Mianowicie, właściwości energetyczne trójfazowych, trójprzewo-dowych obwodów z sinusoidalnymi prądami i napięciami określone są trzema niezależnymi od siebie mocami: mocą czynną, mocą bierną i mocą niezrównoważenia, tymczasem teoria chwilowej mocy biernej p-q oparta jest na dwóch wielkościach energetycznych. Para tych mocy zmierzona w pewnej chwili czasu nie może więc charakteryzować trzech niezależnych zjawisk energetycznych. Artykuł pokazuje, że każda z mocy chwilowych zależy od dwóch różnych zjawisk.

EN

The Instantaneous Reactive Power (IRP) p-q Theory is becoming not only a common theoretical fundamental for switching compensator control, but also an approach to describing power properties of three-phase systems. This paper verifies whether this theory identifies power properties of such systems correctly or not. The verification is confined to three-phase, three-wire systems with sinusoidal voltages and currents. The Theory of the Current's Physical Components (CPC) is used as reference for this verification, The paper demonstrates that results obtained from the IRP p-q Theory violate the common interpretation of power phenomena in three-phase unbalanced systems with sinusoidal voltages and currents. Namely, it suggests the presence of a reactive current in supply lines of purely resistive loads, as well as, it suggests the presence of an active current in supply lines of purely reactive loads. Although all currents in such a situation are sinusoidal, the instantaneous active and reactive currents defined in the IRP p-q Theory are nonsinusoidal. This indicates that the IRP p-q Theory misinterprets power phenomena in unbalanced systems with sinusoidal voltages and currents. Moreover, in spite of such suggestions, the Instantaneous Reactive Power p-q Theory is not capable of identifying power properties of three-phase loads instantaneously. A pair of values of instantaneous powers p and q does not allow us even to conclude whether the load is purely resistive, reactive, balanced or unbalanced. Power properties of three-phase, three-wire systems with sinusoidal voltages and currents are specified in terms of the active, reactive, unbalanced and apparent powers, P, Q, D and S of the load. This paper shows that there is no relationship in unbalanced systems between these powers and instantaneous values of the active and reacnve,7" and q, powers

Słowa kluczowe

PL

moc bierna chwilowa; układy niezrównoważone; teoria mocy; filtry aktywne

EN

instantaneous reactive power; unbalanced loads; power theory; active filters

• Wydawca: Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie ; Politechnika Łódzka
• Czasopismo: Jakość i Użytkowanie Energii Elektrycznej
• Rocznik: 2003
• Tom: T. 9, z. 2
• Strony: 5--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Czarnecki L. S.

• Louisiana State University, USA

Bibliografia

• 1. Akagi H., Kanazawa Y., Nabae A.: Generalized theory oj the instantaneous reactive power in three-phase circuits. Proc. of the lnt. Power Electron. Conf. (JlEE IPEC), Tokyo 1983, s. 1375-1386.
• 2. Akagi H., Nabae A.: The p-q theory in three-phase systems under non-sinusoidal conditions. ETEP 1993,3, 1,27-31.
• 3. Rossetto P., Tenti P.: Evaluation oj instantaneous power terms in multi-phase systems: techniques and application to power-con-ditioning equipmen/. ETEP 1994, 4, 6, 469-475.
• 4. Peng F. Z ., Ott G. W., j r., Adams D. J . : Harmonie and reactive power compensation based on the generalized instantaneous reactive power theory Jor three-phase four-wire systell/s. IEEE Trans. Power Electronics 1998, 13, 6, 1174-1181.
• 5. Mishra M. K ., Joshi A., Ghosh A.: Unified shunt compensa tor algorithm based on generalized instantaneous reactive power theory. IEEE Trans. Generation Transmission and Distribution 2001,148,6,583-589.
• 6. Huang S-J ., Wu J-C . : A control algorithm Jor three-phase three-wired active power jilters under nonideal mains voltages. IEEE Trans. Power Electronics 1999, 14,4,753-760.
• 7. Depenbrock M., Marshal D. A ., van Wyk J. D . : Formulating requirements Jor universally applicable power theory as control algorithm in power compensators. ETEP 1994,4,6,445-456.
• 8. WiIIems J. L . : A new interpretation oj the Akagi-Nabae power componentsfor nonsinusoidal three-phase situations. rEEE Trans. Instr. Measur. 1992,41,4,523-527.
• 9. WiIIems J. L . : Mathematical foundations oj the instantaneous power concept: a geometrical approach. ETEP 1996,6,5,299-304.
• 10. Cristaldi L., Ferrero A.: Mathematical foundations of the instantaneous power concept: an algebraic approach. ETEP 1996, 6, 5,305-309.
• 11. Budeanu C.I . : Puissances reactives et fictives. Institute Romain de I'Energie, Bucharest 1927.
• 12. Fryze S.: Moc rzeczywista, urojona i pozorna w obwodach elektrycznych o przebiegach odksztalconych prądu i napięcia. Przeg!. Elektrotechn. 1932: 7,193-203; 1931: 8, 225-234; 1932: 22, 673-676.
• 13. Shepherd W., Zakikhani P.: Suggested definition of reactive power Jor nonsinusoidal systems. Proc. lEE 1972, 119,9, 1361-1362.
• 14. Kusters N. l ., Moore W.: On the definition oj reactive power under nonsinusoidal conditions. IEEE Trans. Power App. Systems 1980,99,420-426.
• 15. Czarnecki L. S . : Comments on reactive powers as defined by Kusters and Moore Jor nonsinusoidal systems. Rozpr. Elektrotechn. 1984, XXX, 3-4, 1089-1099.
• 16. Salmeron P., Montano J.C.:Instantaneous power components in polyphase systems under nonsinusoidal conditions. lEE Proc. SC.Meas. Techno!. 1996, 143,2,239-297.
• 17. Morendaz-Eguilaz J. M ., Peracaula, J.: Understanding AC power using the generalized instantaneous reactive power theory: considerations Jor instrumentation of three-phase electronic converters. Proc. IEEE lnt. Symp., Ind. Electr., ISIE 1999, 3, 1273-1277.
• 18. AIIer J. M. at al. : Space vector application in power systems. Proc. of the 2000 3rd IEEE !nI. Conf. on Devices, Circuits and Systems, s. P78/l-P78/6.
• 19. AIIer J. M. at al. : Advantages oj the instantaneous reactive power definitions in three-phase system measurement. IEEE Power Eng. Review 1999, 19, 6, 54-56.
• 20. Czarnecki L. S .. Orthogonal decomposition oj the current in a three-phase non-linear asymmetrical circuit with nonsinu-soidal voltage. IEEE Trans. lnstr. Measur. 1988, IM-37, 1,30-34.
• 21. Czarnecki L. S . : Power re/ated phenomena in three-phase unbalanced systems. IEEE Trans. Power Delivery 1995, 10, 3, 1168-1176.
• 22. Czarnecki L. S . : Harmonics and power phenomena. Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering, John Wiley & Sons, Inc., sup. l, 2000, s. 195-218.
• 23. Czarnecki L. S .: Moce i kompensacja w obwodach z okresowymi przebiegami prądu i napięcia. Część 7: Właściwości energetyczne liniowych, trójprzewodowych obwodów trójjazowych. JUEE 2000, 6, 1,21-28.