蔣世嶸

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 市北供電公司, 上?！?00070)

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基于二進(jìn)制遍歷法的負(fù)序電流治理裝置研究

蔣世嶸

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司 市北供電公司, 上海200070)

電網(wǎng)三相電流不平衡是一種普遍存在的現(xiàn)象.通過對(duì)稱分量法,可以將任意三相不平衡電流分解為正序電流、負(fù)序電流和零序電流.負(fù)序電流過大將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電能損失,甚至引起繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作,給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來隱患.提出了一種負(fù)序電流治理裝置,通過二進(jìn)制遍歷法控制電容器的投切,以達(dá)到治理負(fù)序電流的效果.

三相電流不平衡; 負(fù)序電流; 治理裝置

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,電網(wǎng)負(fù)載的種類日益增多.各類大功率、非線性單相負(fù)載的頻繁使用,最終導(dǎo)致了電網(wǎng)三相電流不平衡問題的出現(xiàn).而負(fù)序電流作為三相電流不平衡的成因之一,會(huì)導(dǎo)致變壓器一相電流大,另兩相電流小,達(dá)不到額定容量,同時(shí)會(huì)造成損耗增大、電能損失,降低輸電線輸送能力,還可能會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)中以負(fù)序分量啟動(dòng)的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作.

因此,研究負(fù)序電流的治理裝置對(duì)安全輸配電具有重要意義.本文在分析和計(jì)算負(fù)序電流的基礎(chǔ)上,通過二進(jìn)制遍歷法控制電容器投切來治理負(fù)序電流[1-2].

1　負(fù)序電流的定義及計(jì)算

三相正序電流的矢量圖如圖1所示.A相不動(dòng),B相順時(shí)針轉(zhuǎn)120°,C相逆時(shí)針轉(zhuǎn)120°,得到新的向量圖,將新向量圖中的三相電流相加,取1/3,就得出了三相電流的負(fù)序分量.

圖1　三相正序電流矢量示意

從公式的角度來描述,假定分相計(jì)算的功率因數(shù)角為αA,αB,αC,三相電流幅值為IA,IB,IC,則可得:

(1)

將旋轉(zhuǎn)后的三相電流相加,取1/3得:

(2)

式(2)即為負(fù)序電流公式,將其展開,可得:

(3)

由式(3)可以推導(dǎo)得出:

(4)

式(4)即為負(fù)序電流的計(jì)算公式.

2　負(fù)序電流的補(bǔ)償算法

2.1AB相間投入電容的計(jì)算

假設(shè)在AB相間接入容性負(fù)載,其矢量圖如圖2所示.

此時(shí),通過設(shè)備的三相電流分別為IA,IB,0.

三相角度為UA與IA相差-120°,UB與IB相差60°,UC與IC相差0°.PA為負(fù),QA為負(fù),PB為正,QB為負(fù).

圖2　AB相間接入容性負(fù)載的矢量示意

根據(jù)式(4)可得:

式中:I——測(cè)量電流的峰值;

α——負(fù)序的功率因數(shù)角.

此處認(rèn)為每一組電容三相是等容的,即IA=IB=IC.

2.2算法推證

電容C跨接在A相與B相之間,兩端為線電壓,如圖3所示.

圖3　AB相間跨接電容的有功轉(zhuǎn)移示意

從A相看,電容C的電流IAC超前線電壓UAB90°,IAC可以分解成兩部分,一部分為超前UA90°的容性電流IAC,另一部分為與UA方向相反的有功電流IAR,這說明A相的有功電流有所減少.從B相看,電容C的電流ICB超前線電壓UBA90°,ICB可以分解成兩部分,一部分為超前UB90°的容性電流IBC,另一部分為與UB方向相同的有功電流IBR,這說明B相的有功電流有所增加.

因此,在A相與B相之間跨接電容,不但在A相與B相間會(huì)出現(xiàn)容性無功電流,而且可以將一部分有功電流從A相轉(zhuǎn)移到B相,這與前面的結(jié)論一致.

2.3BC相間投入電容的計(jì)算

在BC相間接入容性負(fù)載,其矢量圖如圖4所示.

圖4　BC相間接入容性負(fù)載的矢量示意

此時(shí),通過設(shè)備的三相電流分別為0,IB,IC.

三相角度為UA與IA相差0°,UB與IB相差-60°,UC與IC相差-120°.

根據(jù)式(4)可得:

2.4AC相間投入電容的計(jì)算

在AC相間接入容性負(fù)載,其矢量圖如圖5所示.

此時(shí),通過設(shè)備的三相電流分別為IA,0,IC.

三相角度為UA與IA相差-60°,UB與IB相差0°,UC與IC相差-120°.

根據(jù)負(fù)序電流公式(4)可得:

圖5　AC相間接入容性負(fù)載的矢量示意

3　二進(jìn)制遍歷法

用二進(jìn)制數(shù)表示電容器的當(dāng)前狀態(tài),0表示切除,1表示投入,每一位代表一個(gè)電容器,則一組電容器(ABC三相各包含一個(gè)電容器)全部投入的電容器可以表示成111b,當(dāng)有多組電容時(shí),以3位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)最小單位進(jìn)行級(jí)聯(lián).遍歷過程非常簡(jiǎn)單,從0開始,每次加1,獲得的二進(jìn)制碼,即為當(dāng)前所有電容器的狀態(tài).

求出當(dāng)前狀態(tài)下的負(fù)序電流,存入緩存,待遍歷完所有狀態(tài)時(shí),比較緩存里的所有負(fù)序電流.取一組與需要補(bǔ)償值最相近的負(fù)序電流,根據(jù)負(fù)序電流,獲得投切狀態(tài),執(zhí)行投切命令.其原理是一種廣度優(yōu)先遍歷,每多一組電容器,就有23種情況.這種算法執(zhí)行起來相對(duì)簡(jiǎn)單可靠,但比較費(fèi)時(shí)間,在不需要快速補(bǔ)償負(fù)序電流的場(chǎng)合,較有優(yōu)勢(shì)[3-4].

4　控制策略測(cè)試

為了驗(yàn)證控制算法的正確性,本文對(duì)負(fù)序電流治理裝置進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試.測(cè)試使用了兩組電容器級(jí)聯(lián),本文對(duì)所有情況下產(chǎn)生的負(fù)序電流進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1所示.

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),裝置投入了C1和C2后,三相電流中的負(fù)序分量出現(xiàn)了相應(yīng)的減小.雖然在所有的投切方案中,存在效果比投入C1和C2更加優(yōu)秀的投切方案,但同時(shí)產(chǎn)生了過補(bǔ)現(xiàn)象,故不采用.由此驗(yàn)證了本裝置所采用的方案及控制方法的正確性.

表1　兩組電容器所有投切情況下的負(fù)序電流

5　結(jié)　語

由實(shí)驗(yàn)可知,結(jié)合二進(jìn)制遍歷法以及智能電力電容器的負(fù)序電流補(bǔ)償控制方案是一種有效的調(diào)節(jié)方法,其工作損耗較低,并且在補(bǔ)償調(diào)節(jié)負(fù)序電流的同時(shí)也具有一定的無功補(bǔ)償?shù)淖饔?在實(shí)際應(yīng)用中,雖然該方案存在電容容量選擇困難、單臺(tái)電容器調(diào)節(jié)容量較小等缺點(diǎn),但在低工作損耗的情況下,不僅可以補(bǔ)償調(diào)節(jié)負(fù)序電流、優(yōu)化電能質(zhì)量,還可以進(jìn)一步提高變壓器輸出的功率因數(shù),提高變壓器的工作效率.另外,相對(duì)其他負(fù)序電流調(diào)節(jié)方式來說,所需要的硬件結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單且便于安裝維護(hù),具有極高的推廣價(jià)值.

[1]孫國(guó)蘋,孫海燕.淺談三相不平衡的危害[J].中國(guó)電力教育,2010(s1):197-198.

[2]林志雄,陳巖,蔡金錠,等.低壓配電網(wǎng)三相不平衡運(yùn)行的影響及治理措施[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2009,24(3):63-67.

[3]陳東華,謝少軍,周波.用于有源電力濾波器諧波和無功電流檢測(cè)的一種改進(jìn)同步參考坐標(biāo)法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(20):62-67.

[4]何益宏,卓放,周新,等.利用瞬時(shí)無功功率理論檢測(cè)諧波電流方法的改進(jìn)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2003,18(1):87-89.

(編輯白林雪)

Study on the Negative Sequence Current Control DeviceBased on the Bionary Traversal Method

JIANG Shirong

(North Power Supply Company, State Grid Shanghai Power Supply Company, Shanghai 200070, China)

Grid phase current imbalance is a common phenomenon.Through symmetrical components,it can be break down into a positive sequence current,negative sequence current and zero sequence current.Negative sequence current,if too large,will result in loss of power grid,and even cause malfunction protection devices causing risks to the safe operation of the grid security.For this reason,a negative sequence current control device which switches via binary traversal method is presented to control the capacitor and the effect of negative sequence current.

three-phase current imbalance; negative sequence current; control device

10.3969/j.issn.1006-4729.2016.03.006

2015-12-14

簡(jiǎn)介：蔣世嶸(1988-),男,助理工程師,浙江紹興人.主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析.E-mail:

TM421

A

1006-4729(2016)03-0235-04

jiangshirong1@sina.com.