基于二进制遍历法的负序电流治理装置研究

蒋世嵘

(国网上海市电力公司 市北供电公司, 上海　200070)



基于二进制遍历法的负序电流治理装置研究

蒋世嵘

(国网上海市电力公司 市北供电公司, 上海200070)

电网三相电流不平衡是一种普遍存在的现象.通过对称分量法,可以将任意三相不平衡电流分解为正序电流、负序电流和零序电流.负序电流过大将会导致电网的电能损失,甚至引起继电保护装置误动作,给电网的安全运行带来隐患.提出了一种负序电流治理装置,通过二进制遍历法控制电容器的投切,以达到治理负序电流的效果.

三相电流不平衡; 负序电流; 治理装置

随着科学技术的发展,电网负载的种类日益增多.各类大功率、非线性单相负载的频繁使用,最终导致了电网三相电流不平衡问题的出现.而负序电流作为三相电流不平衡的成因之一,会导致变压器一相电流大,另两相电流小,达不到额定容量,同时会造成损耗增大、电能损失,降低输电线输送能力,还可能会引起网络中以负序分量启动的继电保护装置误动作.

因此,研究负序电流的治理装置对安全输配电具有重要意义.本文在分析和计算负序电流的基础上,通过二进制遍历法控制电容器投切来治理负序电流[1-2].

1　负序电流的定义及计算

三相正序电流的矢量图如图1所示.A相不动,B相顺时针转120°,C相逆时针转120°,得到新的向量图,将新向量图中的三相电流相加,取1/3,就得出了三相电流的负序分量.

图1　三相正序电流矢量示意

从公式的角度来描述,假定分相计算的功率因数角为αA,αB,αC,三相电流幅值为IA,IB,IC,则可得:

(1)

将旋转后的三相电流相加,取1/3得:

(2)

式(2)即为负序电流公式,将其展开,可得:

(3)

由式(3)可以推导得出:

(4)

式(4)即为负序电流的计算公式.

2　负序电流的补偿算法

2.1AB相间投入电容的计算

假设在AB相间接入容性负载,其矢量图如图2所示.

此时,通过设备的三相电流分别为IA,IB,0.

三相角度为UA与IA相差-120°,UB与IB相差60°,UC与IC相差0°.PA为负,QA为负,PB为正,QB为负.

图2　AB相间接入容性负载的矢量示意

根据式(4)可得:

式中:I——测量电流的峰值;

α——负序的功率因数角.

此处认为每一组电容三相是等容的,即IA=IB=IC.

2.2算法推证

电容C跨接在A相与B相之间,两端为线电压,如图3所示.

图3　AB相间跨接电容的有功转移示意

从A相看,电容C的电流IAC超前线电压UAB90°,IAC可以分解成两部分,一部分为超前UA90°的容性电流IAC,另一部分为与UA方向相反的有功电流IAR,这说明A相的有功电流有所减少.从B相看,电容C的电流ICB超前线电压UBA90°,ICB可以分解成两部分,一部分为超前UB90°的容性电流IBC,另一部分为与UB方向相同的有功电流IBR,这说明B相的有功电流有所增加.

因此,在A相与B相之间跨接电容,不但在A相与B相间会出现容性无功电流,而且可以将一部分有功电流从A相转移到B相,这与前面的结论一致.

2.3BC相间投入电容的计算

在BC相间接入容性负载,其矢量图如图4所示.

图4　BC相间接入容性负载的矢量示意

此时,通过设备的三相电流分别为0,IB,IC.

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

根据式(4)可得:

2.4AC相间投入电容的计算

在AC相间接入容性负载,其矢量图如图5所示.

此时,通过设备的三相电流分别为IA,0,IC.

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

根据负序电流公式(4)可得:

图5　AC相间接入容性负载的矢量示意

3　二进制遍历法

用二进制数表示电容器的当前状态,0表示切除,1表示投入,每一位代表一个电容器,则一组电容器(ABC三相各包含一个电容器)全部投入的电容器可以表示成111b,当有多组电容时,以3位二进制数为一个最小单位进行级联.遍历过程非常简单,从0开始,每次加1,获得的二进制码,即为当前所有电容器的状态.

求出当前状态下的负序电流,存入缓存,待遍历完所有状态时,比较缓存里的所有负序电流.取一组与需要补偿值最相近的负序电流,根据负序电流,获得投切状态,执行投切命令.其原理是一种广度优先遍历,每多一组电容器,就有23种情况.这种算法执行起来相对简单可靠,但比较费时间,在不需要快速补偿负序电流的场合,较有优势[3-4].

4　控制策略测试

为了验证控制算法的正确性,本文对负序电流治理装置进行了实际测试.测试使用了两组电容器级联,本文对所有情况下产生的负序电流进行了统计,结果如表1所示.

通过实验发现,装置投入了C1和C2后,三相电流中的负序分量出现了相应的减小.虽然在所有的投切方案中,存在效果比投入C1和C2更加优秀的投切方案,但同时产生了过补现象,故不采用.由此验证了本装置所采用的方案及控制方法的正确性.

表1　两组电容器所有投切情况下的负序电流

5　结　语

由实验可知,结合二进制遍历法以及智能电力电容器的负序电流补偿控制方案是一种有效的调节方法,其工作损耗较低,并且在补偿调节负序电流的同时也具有一定的无功补偿的作用.在实际应用中,虽然该方案存在电容容量选择困难、单台电容器调节容量较小等缺点,但在低工作损耗的情况下,不仅可以补偿调节负序电流、优化电能质量,还可以进一步提高变压器输出的功率因数,提高变压器的工作效率.另外,相对其他负序电流调节方式来说,所需要的硬件结构更为简单且便于安装维护,具有极高的推广价值.

[1]孙国苹,孙海燕.浅谈三相不平衡的危害[J].中国电力教育,2010(s1):197-198.

[2]林志雄,陈岩,蔡金锭,等.低压配电网三相不平衡运行的影响及治理措施[J].电力科学与技术学报,2009,24(3):63-67.

[3]陈东华,谢少军,周波.用于有源电力滤波器谐波和无功电流检测的一种改进同步参考坐标法[J].中国电机工程学报,2005,25(20):62-67.

[4]何益宏,卓放,周新,等.利用瞬时无功功率理论检测谐波电流方法的改进[J].电工技术学报,2003,18(1):87-89.

(编辑白林雪)

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

简介：蒋世嵘(1988-),男,助理工程师,浙江绍兴人.主要研究方向为电力系统分析.E-mail:

TM421

A

1006-4729(2016)03-0235-04

jiangshirong1@sina.com.