CN102931659A - 抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法 - Google Patents

抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法 Download PDF

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CN102931659A CN2012104896349A CN201210489634A CN102931659A CN 102931659 A CN102931659 A CN 102931659A CN 2012104896349 A CN2012104896349 A CN 2012104896349A CN 201210489634 A CN201210489634 A CN 201210489634A CN 102931659 A CN102931659 A CN 102931659A
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Abstract

本发明涉及一种抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法，电能质量采集单元采集三相电压电流及中线电流信号，中央处理单元根据采集的信号计算电压、电流及功率因数参数，确定实际投切量，通过控制智能复合开关投切电容，并将当前负载状态及电容调节情况通过GPRS模块发送到上位机，后台软件实现数据记录，分析等功能。本发明所涉及方法能够根据采集电能质量信号，考虑过补偿对配电变压器的影响，合理调节电容，有效抑制配电变压器零序与负序电流，改善配电变压器电能质量。

Description

抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法。
背景技术
我国城乡配电网中大量采用了三相四线制接线方式，存在大量单相负载，配电变压器长期三相不平衡运行，降低用户用电电能质量，增加变压器的损耗，使变压器绕组温度升高，甚至烧毁绕组。若线路中存在较大的零、负序电流，使变压器局部金属件温度升高，严重时甚至引起变压器事故，此外过高的零、负序电流会降低配电变压器的供电质量。因此治理负序电流和零序电流对系统安全运行是十分必要的。
ZL200610156040.0专利公开了一种三相不平衡负荷补偿方法，它包括以下步骤：1、据电网无功调节的范围-100％～+100％的要求，对Steinmetz原理的补偿要求可以从功率因数的角度或者从无功的角度对                                               
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE004
[I1+I1r]=0进行改进；2、根据Steinmetz原理计算电网以及改进后的补偿要求计算三相的补偿电纳为
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE010
关于
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE016
的关系式；3、然后通过采样法求解
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE024
，，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE028
从而推算出所需的补偿电纳的瞬时值；4、由步骤2、步骤3中
Figure 638180DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 555320DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 397374DEST_PATH_IMAGE010
关于线电流对称分量正序
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE030
、负序的关系式可知
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE038
以及
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE044
与所需的补偿电纳的关系，补偿电纳可通过三相电流的瞬时采样值表示出来，在对
Figure 418682DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 233055DEST_PATH_IMAGE036
、以及
Figure 384867DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 583767DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 252646DEST_PATH_IMAGE044
进行采样时。
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 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE046
，，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE050
，负荷
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE052
接线部分需要的
Figure 370644DEST_PATH_IMAGE052
补偿部分
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE058
，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 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE060
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。
上述方法没有考虑实际装置容量对配电变压器治理效果的影响，易出现过补偿等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法，采用全电容调节的方式，能够避免严重过补偿，调节配电变压器输出侧电流，有效抑制零序及负序电流，有利于配电变压器安全运行。
本发明可以通过以下技术方案来实现：一种抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法，包括如下步骤：
1）配电变压器运行时负荷参数的获取，采用电能质量采集单元的电压互感器和电流互感器分别采集配电变压器负载侧的三相电压、三相电流和中线电流信号，经过前端处理电路滤波放大处理后送入中央处理单元，中央处理单元计算出配电变压器A、B、C三相的基波电压
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE062
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE066
，基波电流
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE068
,
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE070
,
Figure 2012104896349100002DEST_PATH_IMAGE072
，功率因数
Figure DEST_PATH_IMAGE074
,
Figure DEST_PATH_IMAGE076
, 
Figure DEST_PATH_IMAGE078
，再计算出基波下配电变压器负载侧的有功功率与无功功率，有功功率计算公式如式（1），无功功率显感性取负值，显容性取正值，由于实际负载多显感性所以无功功率计算公式如式（2）；
   
Figure DEST_PATH_IMAGE080
                         （1）
Figure DEST_PATH_IMAGE082
                        （2）
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
分别表示A、B、C三相的有功功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，
Figure DEST_PATH_IMAGE094
分别表示A、B、C三相的无功功率。
2）电容调节量的确定：
a）根据步骤1）中的有功功率与无功功率计算相间调节量
Figure DEST_PATH_IMAGE096
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE100
，相对地调节量
Figure DEST_PATH_IMAGE102
，
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，，计算公式如式（3）：
                   
Figure DEST_PATH_IMAGE108
               (3)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE110
为转移调节系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE112
。
b）忽略式（3）计算结果中的感性无功获得初步治理结果，即若计算结果显容性则保持计算结果不变，若显感性则计算结果的值取0，则仅投入容性无功治理，此时治理后三相无功功率为
Figure DEST_PATH_IMAGE114
、
Figure DEST_PATH_IMAGE116
、
Figure DEST_PATH_IMAGE118
:
                     
Figure DEST_PATH_IMAGE120
         (4)
为避免过补偿，设置两个条件：（1）平均功率因数高于阀值
Figure DEST_PATH_IMAGE122
，根据《国家供用电管理规程》
Figure 240818DEST_PATH_IMAGE122
一般取0.9，各项过补偿无功功率最大值为
Figure DEST_PATH_IMAGE124
；（2）忽略的感性成分不引起严重过补偿，则忽略的感性成分不超过基准电容容量，即若
Figure DEST_PATH_IMAGE126
不超过基准电容容量时
Figure 102463DEST_PATH_IMAGE126
保持不变，若超过基准电容容量时
Figure 55693DEST_PATH_IMAGE126
取值为基准电容容量。
根据上述两个条件，若忽略感性后系统的无功功率、
Figure 136224DEST_PATH_IMAGE116
、
Figure 779695DEST_PATH_IMAGE118
均小于
Figure 177178DEST_PATH_IMAGE126
，则忽略感性不会引起严重过补偿，直接忽略感性，则按照初步治理结果，转入步骤c）实现配电变压器负载侧的零序及负序电流的完全抑制；否则需避免因忽略感性引起的过补偿，做进一步优化治理，根据的限制条件，计算出三相调节系数
Figure DEST_PATH_IMAGE128
，
Figure DEST_PATH_IMAGE130
，
Figure DEST_PATH_IMAGE132
分别为：
               
Figure DEST_PATH_IMAGE134
                （5）
设综合治理调节系数为k, k=min（，
Figure 607525DEST_PATH_IMAGE130
，
Figure 379172DEST_PATH_IMAGE132
），得到进一步优化治理结果为：
              
Figure DEST_PATH_IMAGE136
               （6）
c)整定电容调节量并控制电容投切，电容调节柜内的电容组采用分级并联的方式连接，设基准电容容量为A（单位：kvar）,则可实现的电容调节量为nA，n为非负整数，由电容组数决定。中央处理单元根据步骤b）中的初步治理结果或进一步优化治理结果整定实际投入电容的组数，整定公式如式（7）所示，将X/A，并转化为二进制获得电容调节信号，控制智能复合开关动作，实现配电变压器负载侧的零序及负序电流的抑制；
             （7）
其中，X为整定结果，，x为初步治理结果或进一步优化治理结果中的调节量。
进一步，所述中央处理单元还将采集的配电变压器出线侧的数据及整定的电容调节量通过GPRS通讯模块向上位机发送，上位机对数据进行记录与分析。
本发明的方法可避免严重过补偿，采用全电容调节的方式，有效抑制负荷不对称引起的零序和负序电流，且减小感性无功功率。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明的系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出一个非限定性实例，对本发明方法作进一步说明。
实施例1如图1，一种抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制系统，它由电压互感器11、电流互感器12、前端处理电路13、中央处理单元14、电容调节柜15、GPRS通讯模块16和上位机17组成，通过电能质量采集单元的电压互感器11和电流互感器12采集变压器运行时的电压、电流与中线电流信号，将采集的信号传送给中央处理单元14, 中央处理单元14根据采集的信号计算电压，电流，功率因数，并考虑过补偿对配电变压器的危害，计算电容有效调节量，获得电容调节柜15控制信号，控制电容调节柜15动作实现配电变压器零序与负序电流的抑制，为变压器安全稳定运行提供必要的依据。主控CPU12通过GPRS模块16实现数据向上位机17传输。
实施例2，设此时配电变压器低压侧三相电压为
Figure DEST_PATH_IMAGE142
=
Figure DEST_PATH_IMAGE144
=
Figure DEST_PATH_IMAGE146
=220V，相位互差120度，三相电流与功率因数分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE148
=11.9A，=23.2A, 
Figure DEST_PATH_IMAGE152
=10.3A，
Figure 15297DEST_PATH_IMAGE074
=0.92，
Figure DEST_PATH_IMAGE154
=0.96,
Figure DEST_PATH_IMAGE156
=0.73，负载显感性，电容调节柜的基准容量为1kvar，相间与相对地无功调节量的调节范围为0kvar至7kvar。
根据（1）式得出负载侧三相有功功率分别为：
=2.4kw, =4.9kw，
Figure DEST_PATH_IMAGE162
=1.7kw；
根据（2）式得出负载侧感性无功功率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE164
=-1.0kvar,
Figure DEST_PATH_IMAGE166
=-1.4kvar,
Figure DEST_PATH_IMAGE168
=-1.5kvar；
此时负序电流为5.1A,零序电流为3.7A.根据（3）式计算出经过初步优化后相间与相对地应补偿的无功调节量，分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE170
=-1.4kvar,
Figure DEST_PATH_IMAGE172
=5.2kvar,
Figure DEST_PATH_IMAGE174
=0.6kvar；
Figure DEST_PATH_IMAGE176
=1.4kvar,=-0.5kvar，
Figure DEST_PATH_IMAGE180
=-1.4kvar；
由于本方法采用全电容投切的方式，则忽略感性成分后的容性调节量为：
Figure 648534DEST_PATH_IMAGE170
=0kvar, =5.2kvar, 
Figure 943566DEST_PATH_IMAGE174
=0.6kvar
Figure 443818DEST_PATH_IMAGE176
=1.4kvar, 
Figure 864435DEST_PATH_IMAGE178
=0kvar, 
Figure 337005DEST_PATH_IMAGE050
=0kvar
忽略后根据公式（4）计算当前系统无功：  
=0.7kvar， =1.2kvar，
Figure DEST_PATH_IMAGE186
=1.4kvar
为确保治理的可靠性且不出现严重过补偿，根据要求（1）平均功率因数高于阀值，此处阀值取0.9，则限制各相过补偿的无功功率最大值为=1.4kvar；（2）忽略的感性成分不引起严重过补偿，则忽略的感性成分不超过基准电容容量，本例中基准电容容量为1kvar，
Figure 229021DEST_PATH_IMAGE126
超过基准电容容量，应取1kvar。
由于，
Figure 574869DEST_PATH_IMAGE184
，
Figure 49712DEST_PATH_IMAGE186
不都低于
Figure 77711DEST_PATH_IMAGE126
，需进一步优化，根据式（5）求得三相调节系数分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE188
，
Figure DEST_PATH_IMAGE190
，
因此最终调节系数k=min（，
Figure 511284DEST_PATH_IMAGE130
，
Figure 974888DEST_PATH_IMAGE132
）=0.86，根据式（6），计算出实际调节容量为：
Figure 540999DEST_PATH_IMAGE170
=0kvar, 
Figure DEST_PATH_IMAGE194
=4.5kvar,
Figure 904984DEST_PATH_IMAGE174
=0.5kvar
Figure DEST_PATH_IMAGE196
=1.2kvar,=0kvar, 
Figure DEST_PATH_IMAGE200
=0kvar
根据计算结果通过整定计算获得实际投切量并控制电容的有效投切，则实际投入量为： 
Figure 327875DEST_PATH_IMAGE170
=0kvar, 
Figure 714994DEST_PATH_IMAGE194
=4kvar, 
Figure 84796DEST_PATH_IMAGE174
=0kvar,
Figure 975391DEST_PATH_IMAGE196
=1kvar, 
Figure 834763DEST_PATH_IMAGE198
=0kvar, 
Figure 443599DEST_PATH_IMAGE200
=0kvar,
则二进制电容调节控制信号为[000,100,000,001,000,000]。根据控制信号调节电容，调节后系统的无功功率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE202
=0kvar,
Figure DEST_PATH_IMAGE204
=0.6kvar,
Figure DEST_PATH_IMAGE206
=0.5kvar；
负序电流为1.5A，零序电流为2.3A，在避免过补偿的条件下，达到负序与零序电流同时抑制的目的。
中央处理单元将将采集数据及实际调节量通过GPRS通讯模块向上位机发送，上位机后台软件实现数据记录与分析等功能。

Claims (2)

1.一种抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）配电变压器运行时负荷参数的获取，采用电压互感器（11）和电流互感器（12）分别采集配电变压器负载侧的三相电压、三相电流和中线电流信号，经过前端处理电路（13）滤波放大处理后送入中央处理单元（14），中央处理单元（14）计算出配电变压器A、B、C三相的基波电压                                                ，
Figure 649304DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 2012104896349100001DEST_PATH_IMAGE003
，基波电流,
Figure 2012104896349100001DEST_PATH_IMAGE005
,
Figure 782399DEST_PATH_IMAGE006
，功率因数
Figure 2012104896349100001DEST_PATH_IMAGE007
,
Figure 115292DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure 2012104896349100001DEST_PATH_IMAGE009
，再计算出配电变压器负载侧的有功功率与无功功率，有功功率计算公式如式（1），无功功率显感性取负值，显容性取正值，由于实际负载多显感性所以无功功率计算公式如式（2）；
Figure 929664DEST_PATH_IMAGE010
                          （1）
Figure 2012104896349100001DEST_PATH_IMAGE011
                        （2）
式中：
Figure 689810DEST_PATH_IMAGE012
，，分别表示A、B、C三相的有功功率，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，
Figure 93426DEST_PATH_IMAGE016
，分别表示A、B、C三相的无功功率；
2）电容调节量的确定：
a）根据步骤1）中的有功功率与无功功率计算相间调节量，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 186028DEST_PATH_IMAGE020
，相对地调节量
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 878040DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，计算公式如式（3）：
                                            (3)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为转移调节系数，
Figure 76120DEST_PATH_IMAGE026
；
b）忽略式（3）计算结果中的感性无功获得初步治理结果，即若计算结果显容性则保持计算结果不变，若显感性则计算结果的值取0，此时治理后三相无功功率为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 505965DEST_PATH_IMAGE028
、:
                              
Figure 685273DEST_PATH_IMAGE030
         (4)
为避免过补偿，设置两个条件：平均功率因数高于阀值
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，各项过补偿无功功率最大值为
Figure 960397DEST_PATH_IMAGE032
；忽略的感性成分不引起严重过补偿，则若
Figure DEST_PATH_IMAGE033
不超过基准电容容量时
Figure 40086DEST_PATH_IMAGE033
保持不变，若
Figure 375252DEST_PATH_IMAGE033
超过基准电容容量时取值为基准电容容量；
根据上述两个条件，若忽略感性后系统的无功功率
Figure 182988DEST_PATH_IMAGE027
、
Figure 618649DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 390296DEST_PATH_IMAGE029
均小于，则忽略感性不会引起严重过补偿，按照初步治理结果，转入步骤c）实现配电变压器负载侧的零序及负序电流的完全抑制；否则需避免因忽略感性引起的过补偿，做进一步优化治理，根据
Figure 161123DEST_PATH_IMAGE033
的限制条件，计算出三相调节系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，分别为：
                           
Figure DEST_PATH_IMAGE037
                （5）
设综合治理调节系数为k, k=min（
Figure 831773DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 252390DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 724959DEST_PATH_IMAGE036
），得到进一步优化治理结果为：
                           
Figure 274627DEST_PATH_IMAGE038
               （6）
c)整定电容调节量并控制电容投切，电容调节柜（15）内的电容组采用分级并联的方式连接，设基准电容容量为A,则可实现的电容调节量为nA，n为非负整数，由电容组数决定，中央处理单元（14）根据步骤b）中的初步治理结果或进一步优化治理结果整定实际投入电容的组数，整定公式如式（7）所示，将X/A，并转化为二进制获得电容调节信号，控制智能复合开关动作，实现配电变压器负载侧的零序及负序电流的抑制；
Figure DEST_PATH_IMAGE039
             （7）
其中，X为整定结果，
Figure 199858DEST_PATH_IMAGE040
，x为初步治理结果或进一步优化治理结果中的调节量。
2.根据权利要求1所述抑制配电变压器零序及负序电流的容性投切控制方法，其特征在于：所述中央处理单元（14）将采集的配电变压器出线侧的数据及整定的电容调节量通过GPRS通讯模块（16）向上位机（17）发送，上位机（17）对数据进行记录与分析。
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