蔣世嶸

(國網(wǎng)上海市電力公司 市北供電公司, 上海　200070)

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基于二進制遍歷法的負序電流治理裝置研究

蔣世嶸

(國網(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.通過對稱分量法,可以將任意三相不平衡電流分解為正序電流、負序電流和零序電流.負序電流過大將會導(dǎo)致電網(wǎng)的電能損失,甚至引起繼電保護裝置誤動作,給電網(wǎng)的安全運行帶來隱患.提出了一種負序電流治理裝置,通過二進制遍歷法控制電容器的投切,以達到治理負序電流的效果.

三相電流不平衡; 負序電流; 治理裝置

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

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

1　負序電流的定義及計算

三相正序電流的矢量圖如圖1所示.A相不動,B相順時針轉(zhuǎn)120°,C相逆時針轉(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)即為負序電流的計算公式.

2　負序電流的補償算法

2.1AB相間投入電容的計算

假設(shè)在AB相間接入容性負載,其矢量圖如圖2所示.

此時,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,QA為負,PB為正,QB為負.

圖2　AB相間接入容性負載的矢量示意

根據(jù)式(4)可得:

式中:I——測量電流的峰值;

α——負序的功率因數(shù)角.

此處認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相間投入電容的計算

在BC相間接入容性負載,其矢量圖如圖4所示.

圖4　BC相間接入容性負載的矢量示意

此時,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相間投入電容的計算

在AC相間接入容性負載,其矢量圖如圖5所示.

此時,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)負序電流公式(4)可得:

圖5　AC相間接入容性負載的矢量示意

3　二進制遍歷法

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

求出當前狀態(tài)下的負序電流,存入緩存,待遍歷完所有狀態(tài)時,比較緩存里的所有負序電流.取一組與需要補償值最相近的負序電流,根據(jù)負序電流,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)行起來相對簡單可靠,但比較費時間,在不需要快速補償負序電流的場合,較有優(yōu)勢[3-4].

4　控制策略測試

為了驗證控制算法的正確性,本文對負序電流治理裝置進行了實際測試.測試使用了兩組電容器級聯(lián),本文對所有情況下產(chǎn)生的負序電流進行了統(tǒng)計,結(jié)果如表1所示.

通過實驗發(fā)現(xiàn),裝置投入了C1和C2后,三相電流中的負序分量出現(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,但同時產(chǎn)生了過補現(xiàn)象,故不采用.由此驗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序電流

5　結(jié)　語

由實驗可知,結(jié)合二進制遍歷法以及智能電力電容器的負序電流補償控制方案是一種有效的調(diào)節(jié)方法,其工作損耗較低,并且在補償調(diào)節(jié)負序電流的同時也具有一定的無功補償?shù)淖饔?在實際應(yīng)用中,雖然該方案存在電容容量選擇困難、單臺電容器調(diào)節(jié)容量較小等缺點,但在低工作損耗的情況下,不僅可以補償調(diào)節(jié)負序電流、優(yōu)化電能質(zhì)量,還可以進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,相對其他負序電流調(diào)節(jié)方式來說,所需要的硬件結(jié)構(gòu)更為簡單且便于安裝維護,具有極高的推廣價值.

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

[2]林志雄,陳巖,蔡金錠,等.低壓配電網(wǎng)三相不平衡運行的影響及治理措施[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報,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的一種改進同步參考坐標法[J].中國電機工程學(xué)報,2005,25(20):62-67.

[4]何益宏,卓放,周新,等.利用瞬時無功功率理論檢測諧波電流方法的改進[J].電工技術(shù)學(xué)報,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

簡介：蔣世嶸(1988-),男,助理工程師,浙江紹興人.主要研究方向為電力系統(tǒng)分析.E-mail:

TM421

A

1006-4729(2016)03-0235-04

jiangshirong1@sina.com.