CN102270849A - 变压器中线电流抑制方法 - Google Patents

变压器中线电流抑制方法 Download PDF

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CN102270849A CN2011102128415A CN201110212841A CN102270849A CN 102270849 A CN102270849 A CN 102270849A CN 2011102128415 A CN2011102128415 A CN 2011102128415A CN 201110212841 A CN201110212841 A CN 201110212841A CN 102270849 A CN102270849 A CN 102270849A
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Abstract

本发明目的是提出一种变压器中线电流抑制方法。该方法针对无功补偿的补偿范围对补偿效果的影响,基于相间无功补偿
Figure 2011102128415100004DEST_PATH_IMAGE001
Figure 290478DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
,相对地无功补偿
Figure 269935DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure 111989DEST_PATH_IMAGE006
与变压器二次侧电流和负荷侧电流之间关系,通过引入最优化理论,构建中线电流抑制模型,并通过模型中约束条件及目标函数权系数的设置,在确保补偿的稳定性和可靠性前提下,实现中线电流抑制。本发明通过求解该中线电流抑制模型,确定最优无功补偿量,从而使补偿效果和无功补偿配置达到最优。

Description

变压器中线电流抑制方法
技术领域
本发明属于电力系统领域,特别涉及一种变压器中线电流抑制方法。
背景技术
在我国城乡电网中,大量采用三相四线制配电方式,配电变压器Y/yn0接线。对于单相负荷用户,由于单相负载、用电不同时性等特点,导致变压器三相负载不平衡、供电点三相电压、电流的不平衡和中性线电流增大,进而增加线路损耗、变压器铜损、铁损,造成巨大的浪费。其中,中性线过负荷发热不仅增加损耗、较高低效率,而且还会引起零电位漂移,产生可以影响计算机系统的电噪声干扰。因此有必要设置调节方案,通过实时数据分析、优化,根据电网实际状态,调整装置中复合开关的投切,通过相间和相对地电容的有机组合,降低中线电流,使变压器运行在最合理状态。
ZL200910147384.9公开了一种三相不平衡系统的无功补偿控制方法,通过取三相电压与电流分别计算无功功率和有功功率,设定并计算负荷角接线部分需要的Y补偿部分                                                
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE001
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE003
,负荷Y接线部分需要的Y补偿部分
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE005
,并得到补偿公式,使三相功率因数接近于1,三相有功电流平衡,尽量减小电容的使用数量,通过调节
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE007
可使补偿效果和电容配置都达到最优;将三相不平衡系统的无功功率与计算的范围进比较、判断,并对三相不平衡系统的无功功率电流进行补偿。
发明内容
本发明基于当无功补偿量不足时不能有效实现,因此基于相间无功补偿
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE009
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE010
与相对地无功补偿
Figure 812847DEST_PATH_IMAGE001
Figure 586768DEST_PATH_IMAGE002
对变压器出线侧电流的影响,通过引入最优化理论,构建中线电流抑制模型,并通过模型相关参数设置确保补偿的稳定性和可靠性。
本发明提出一种变压器中线电流抑制方法,采用如下步骤实现:
(1)利用电流电压互感器采集负荷侧A、B、C三相有功电流
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE012
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE013
和变压器负荷侧A、B、C三相无功电流
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE014
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE015
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE016
(2)建立相间无功补偿,相对地无功补偿与变压器出线侧电流及负荷侧电流的关系,其关系式为:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE017
式中:
Figure 341546DEST_PATH_IMAGE008
为AB相间无功补偿量,
Figure 485826DEST_PATH_IMAGE009
为BC相间无功补偿量,
Figure 735542DEST_PATH_IMAGE010
为CA相间无功补偿量,
Figure 783132DEST_PATH_IMAGE001
为A相与地之间无功补偿量,
Figure 92891DEST_PATH_IMAGE002
为B相与地之间无功补偿量,
Figure 225932DEST_PATH_IMAGE003
为C相与地之间无功补偿量; 
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE018
 、 、
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE020
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相有功电流,
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE021
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE022
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE023
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;
Figure 967754DEST_PATH_IMAGE011
Figure 350511DEST_PATH_IMAGE013
分别为变压器负荷侧A、B、C三相有功电流,
Figure 705269DEST_PATH_IMAGE014
Figure 562366DEST_PATH_IMAGE015
Figure 817505DEST_PATH_IMAGE016
分别为变压器负荷侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;相电压有效值U为220V。
(3)通过所述步骤(2)中关系式确定变压器出线侧电流的零序分量
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE024
,正序分量
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE025
,负序分量
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE026
,计算公式为:
式中:
Figure 593700DEST_PATH_IMAGE018
 、
Figure 701333DEST_PATH_IMAGE019
 、
Figure 96543DEST_PATH_IMAGE020
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相有功电流,
Figure 209117DEST_PATH_IMAGE021
Figure 626509DEST_PATH_IMAGE023
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相无功电流,
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE028
(4)依据最优化理论,结合所述步骤(2)和(3)中的关系式,建立中线电流抑制模型。目标函数为
min
Figure 887726DEST_PATH_IMAGE029
式中: 
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE030
为补偿后零序电流的模, 
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE031
为补偿后正序分量虚部的模,
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE032
为补偿后负序分量的模,W1、W2、W0为权系数,且均大于0。
约束条件为
a、无功补偿范围:无功补偿的取值范围由无功补偿范围确定,其中感性无功补偿量定为负值,容性无功补偿量定为正值:
式中:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE034
由相间感性无功补偿量确定,其值为负;
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE035
由相对地感性无功补偿量确定,其值为负;由相间容性无功补偿量确定,其值为正;
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE037
由相对地容性无功补偿量确定,其值为正;
b、无功补偿约束条件:根据变压器实际运行时所带负载性质为感性,则为降低无功电流的模,且确保不发生过补偿,设立无功约束条件如下式所示:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE038
式中:
Figure 38829DEST_PATH_IMAGE008
为AB相间无功补偿量,
Figure 360088DEST_PATH_IMAGE009
为BC相间无功补偿量,
Figure 114418DEST_PATH_IMAGE010
为CA相间无功补偿量,
Figure 415211DEST_PATH_IMAGE001
为A相与地之间无功补偿量,
Figure 938597DEST_PATH_IMAGE002
为B相与地之间无功补偿量,为C相与地之间无功补偿量;
Figure 406804DEST_PATH_IMAGE021
Figure 9824DEST_PATH_IMAGE022
Figure 653295DEST_PATH_IMAGE023
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;
Figure 50778DEST_PATH_IMAGE014
Figure 779700DEST_PATH_IMAGE015
Figure 419366DEST_PATH_IMAGE016
分别为变压器负荷侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;相电压有效值U为220V。
c、有功转移约束条件:基于无功补偿时需确保有功电流趋于平衡且不发生过补偿的条件,通过计算有功平衡点
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE039
,并根据各相补偿前有功电流与有功平衡点的关系,确定相应各相有功电流约束条件,公式如下所示:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE041
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE043
式中:
Figure 104294DEST_PATH_IMAGE039
为有功平衡点,
Figure 610362DEST_PATH_IMAGE018
 、 、
Figure 272867DEST_PATH_IMAGE020
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相有功电流,
Figure 692533DEST_PATH_IMAGE012
Figure 130467DEST_PATH_IMAGE013
分别为变压器负荷侧A、B、C三相有功电流。
(5)补偿量的确定
通过对所述步骤(4)中中线电流抑制模型进行求解,确定相间无功补偿量
Figure 646823DEST_PATH_IMAGE009
Figure 494693DEST_PATH_IMAGE010
与相对地无功补偿量
Figure 482241DEST_PATH_IMAGE001
Figure 706549DEST_PATH_IMAGE002
本发明针对补偿量能否完全补偿采取相应的补偿策略:(1)当补偿能完全补偿时,通过补偿使负序分量
Figure 380293DEST_PATH_IMAGE026
、零序分量
Figure 855136DEST_PATH_IMAGE024
及正序分量
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE044
虚部趋于0,实现三相平衡,从而抑制中线电流,(2)当补偿量不足时,根据不同治理要求,通过对目标函数中权系数进行设置,从而采取不同的补偿策略。
本发明通过约束条件设置无功补偿范围;通过有功补偿与无功转移的约束条件,确保有功趋于平衡,无功趋于0的同时,防止过补偿;通过设置目标函数的权系数,当无功补偿量不足时,实现相应补偿目标。
本发明的方法通过求解该中线电流抑制模型,确定最优无功补偿量,从而使补偿效果和无功补偿配置达到最优,从而抑制中线电流,降低变压器中线电流损耗,提高电能利用率。
附图说明
图1 为补偿系统等效示意图;
图中:A-A相线,B-B相线,C-C相线,N-中线。
具体实施方式
下面给出非限定性的具体实施例进一步说明。
本例中利用电流电压互感器采集到变压器负荷侧有功电流与无功电流分别为:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE046
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE047
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE048
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE049
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE050
。且通过计算确定此时中线电流有效值约为13.97A。
1、设置补偿范围:
本例中采用全电容补偿方案(即当补偿部分均为电容补偿时),且对电容补偿量范围不做限制,则补偿量的取值范围为非负实数,因此无功补偿范围的约束条件为:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE051
2、制定补偿量不足时补偿方案:
在有功趋于平衡,无功趋于0 的前提下,不要求无功完全补偿,仅以中线电流抑制为首要目标, 设置权系数:W0=1000,W1=1,W2=1。
3、变压器负荷侧电流运行参数的获取
利用电压电流互感器,采集变压器运行信号,经过滤波放大电路处理,通过计算确定变压器负荷侧有功电流与无功电流,实现变压器负荷侧电流运行参数的获取。
4、无功与有功约束条件的确定
根据变压器运行时负荷侧三相无功电流,确定无功补偿约束条件:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE052
依据变压器负荷侧三相有功电流计算有功平衡点
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE053
,结合实际有功电流情况,确定有功转移约束条件:
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE054
5、无功补偿量确定
基于上述参数及约束条件设置,通过序列二次法对该优化模型进行求解。序列二次法中相关参数设置:(1)为确保约束条件非空,设每个无功补偿量
Figure 991457DEST_PATH_IMAGE008
Figure 235357DEST_PATH_IMAGE009
Figure 652749DEST_PATH_IMAGE001
Figure 218859DEST_PATH_IMAGE002
Figure 818730DEST_PATH_IMAGE003
初始值皆为0;(2)补偿量的终止容限设为1e-6;(3)目标函数的终止容限设为1e-6;(4)违反约束的结束标准设为1e-6。经过计算确定实际补偿(单位Var):
6、效果分析
将无功补偿量及变压器负荷侧电流参数带入下式(1)中,计算变压器出线侧A、B、C三相有功电流及无功电流,带入下式(2)中,确定补偿后变压器出线侧的中线电流。通过计算,确定补偿后三相有功趋于相等,三相无功趋于0,中线电流趋于0,中线电流得到抑制,实现补偿目标;
Figure 507200DEST_PATH_IMAGE017
(1)
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE056
(2)
下面实施例能够证明补偿量不足时能够按既定目标补偿。设变压器负荷侧电流参数为
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE057
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE058
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE059
Figure 18953DEST_PATH_IMAGE048
Figure 707465DEST_PATH_IMAGE049
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE060
。按上述步骤,计算所需无功补偿量(单位Var):
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE061
并确定补偿后有功电流大小分别为
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE062
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE064
,无功电流大小分别为
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE065
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE066
Figure 2011102128415100002DEST_PATH_IMAGE067
,与补偿前无功电流相比有效值减少,中线电流从补偿前26.0353A降低至0.0619A,在满足策略的前提下,实现中线电流抑制。

Claims (3)

1.一种变压器中线电流抑制方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)利用电流电压互感器采集负荷侧A、B、C三相有功电流                                                
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE001
、 
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE003
和变压器负荷侧A、B、C三相无功电流
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE006
(2)建立相间无功补偿,相对地无功补偿与变压器出线侧电流及负荷侧电流的关系,其关系式为:
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE007
式中:
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE008
为AB相间无功补偿量,
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE009
为BC相间无功补偿量,
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE010
为CA相间无功补偿量,
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE011
为A相与地之间无功补偿量,
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE012
为B相与地之间无功补偿量,
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE013
为C相与地之间无功补偿量; 
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE014
 、
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE015
 、
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE016
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相有功电流,
Figure 46200DEST_PATH_IMAGE018
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE019
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;
Figure 922889DEST_PATH_IMAGE001
Figure 306204DEST_PATH_IMAGE002
Figure 573237DEST_PATH_IMAGE003
分别为变压器负荷侧A、B、C三相有功电流,
Figure 834454DEST_PATH_IMAGE004
Figure 559013DEST_PATH_IMAGE006
分别为变压器负荷侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;相电压有效值U为220V;
(3)通过所述步骤(2)中关系式确定变压器出线侧电流的零序分量,正序分量,负序分量
Figure 112672DEST_PATH_IMAGE022
,计算公式为:
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE023
式中:
Figure 199839DEST_PATH_IMAGE014
 、
Figure 692000DEST_PATH_IMAGE015
 、
Figure 933625DEST_PATH_IMAGE016
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相有功电流,
Figure 914537DEST_PATH_IMAGE018
Figure 249703DEST_PATH_IMAGE019
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相无功电流,且
Figure 40942DEST_PATH_IMAGE024
(4)依据最优化理论,结合所述步骤(2)和(3)中的关系式,建立中线电流抑制模型,目标函数为:
min
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE025
式中: 
Figure 704046DEST_PATH_IMAGE026
为补偿后零序电流的模, 
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE027
为补偿后正序分量虚部的模,
Figure 264340DEST_PATH_IMAGE028
为补偿后负序分量的模,W1、W2、W0为权系数,且均大于0;
约束条件为
a、无功补偿范围:无功补偿的取值范围由无功补偿范围确定,其中感性无功补偿量定为负值,容性无功补偿量定为正值:
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE029
式中:
Figure 98304DEST_PATH_IMAGE030
由相间感性无功补偿量确定,其值为负;
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE031
由相对地感性无功补偿量确定,其值为负;
Figure 111259DEST_PATH_IMAGE032
由相间容性无功补偿量确定,其值为正;
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE033
由相对地容性无功补偿量确定,其值为正;
b、无功补偿约束条件:根据变压器实际运行时所带负载性质为感性,则为降低无功电流的模,且确保不发生过补偿,设立无功约束条件如下式所示:
Figure 557546DEST_PATH_IMAGE034
式中:
Figure 910030DEST_PATH_IMAGE008
为AB相间无功补偿量,
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE035
为BC相间无功补偿量,为CA相间无功补偿量,为A相与地之间无功补偿量,
Figure 835764DEST_PATH_IMAGE012
为B相与地之间无功补偿量,
Figure 370650DEST_PATH_IMAGE013
为C相与地之间无功补偿量;
Figure 484100DEST_PATH_IMAGE017
Figure 970182DEST_PATH_IMAGE018
Figure 194490DEST_PATH_IMAGE019
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;
Figure 318304DEST_PATH_IMAGE004
Figure 602655DEST_PATH_IMAGE005
Figure 77499DEST_PATH_IMAGE006
分别为变压器负荷侧A、B、C三相无功电流,且当线路呈容性时无功电流取正值,当线路呈感性时无功电流取负值;相电压有效值U为220V;
c、有功转移约束条件:基于无功补偿时需确保有功电流趋于平衡且不发生过补偿的条件,通过计算有功平衡点
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE037
,并根据各相补偿前有功电流与有功平衡点的关系,确定相应各相有功电流约束条件,公式如下所示;
Figure 167814DEST_PATH_IMAGE038
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE039
Figure 913179DEST_PATH_IMAGE040
Figure 2011102128415100001DEST_PATH_IMAGE041
式中:为有功平衡点,
Figure 64992DEST_PATH_IMAGE014
 、
Figure 693419DEST_PATH_IMAGE015
 、
Figure 995087DEST_PATH_IMAGE016
分别为补偿后变压器出线侧A、B、C三相有功电流,
Figure 417978DEST_PATH_IMAGE001
Figure 805097DEST_PATH_IMAGE002
Figure 735751DEST_PATH_IMAGE003
分别为变压器负荷侧A、B、C三相有功电流;
(5)补偿量的确定
通过对所述步骤(4)中中线电流抑制模型进行求解,确定相间无功补偿量
Figure 485718DEST_PATH_IMAGE035
Figure 94554DEST_PATH_IMAGE036
与相对地无功补偿量
Figure 330363DEST_PATH_IMAGE011
Figure 341045DEST_PATH_IMAGE012
Figure 371318DEST_PATH_IMAGE013
2.根据权利要求1所述一种变压器中线电流抑制方法;其特征在于:当能够完全补偿时,则通过补偿使三相有功趋于平衡,无功趋于0,实现中线电流的抑制;当无功补偿量不足时,在确保有功趋于平衡,无功趋于0的前提下,通过调节所述步骤(3)中目标函数权系数,实现不同治理目标下中线电流的抑制。
3.根据权利要求1所述一种变压器中线电流抑制方法;其特征在于:通过所述步骤(4)中约束条件设置无功补偿范围,并通过设置有功补偿与无功转移的约束条件,确保有功趋于平衡,无功趋于0的同时,防止过补偿。
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