CN106356879B - 一种基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法。本发明针对电力系统的三相负载不对称现象,将系统侧等效为戴维南模型,考虑了系统导纳,更符合不平衡系统PCC处三相电压不对称的实际情形;然后通过负序加权实现了对电流负序分量在三相正序电路中的等效分配,进而提出了不平衡负荷的负序加权等效模型。基于等效负荷参数,运用Steinmetz平衡化理论建立了相间补偿网络电纳的负序加权计算方法,网络电纳参数是以加权为变量的函数,可兼容已有的各种针对三相三线制电路设计的补偿网络参数计算方法,为平衡化补偿的最优化提供了理论基础。

Description

一种基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法
技术领域
本发明属于电能质量治理技术领域,面向负荷不平衡的三相三线制电路,尤其涉及一种基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法。
背景技术
随着大容量三相不平衡负载的日益增多,电网中引起三相不平衡的因素也愈发多样,诸如大功率单相负载的接入、高速电气化铁路牵引配电网和单相负载的不同时用电等。三相负载的不平衡会对供电系统及用户造成一系列的危害,如导致负载中性点偏移使得电力设备工作异常、引起瞬时功率脉动影响电力系统的安全运行、增加对电力系统测量与分析方法的复杂性等。因此,对三相不平衡负荷进行平衡化补偿,无论对供电系统还是用户都十分重要。现有不平衡补偿方法存在的共同问题是:均忽略了系统导纳,以三相对称的电压源电势作为PCC处参考电压来设计补偿网络参数,仅适用于无穷大母线系统;而实际系统中,尤其在不平衡的负荷侧,难以达到所需的设计条件,因此影响了平衡化补偿的实际效果。近年来由分布式电源和负荷组成的小型微电网系统已成为研究热点,对于孤岛模式下运行的三相微电网系统,不平衡负载的应用将会引起微电网母线电压较严重的不平衡。为解决上述问题,本发明提出了基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法。该方法可兼容已有的各种针对三相三线制电路设计的平衡化补偿网络参数计算方法,从而为不平衡负荷的最优化补偿提供了理论基础。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,包括以下步骤:
步骤1,以PCC点为边界,将系统侧与负荷侧分别进行等效;在系统对称的条件下,系统电压源电势和系统导纳等值三相对称,利用测量的PCC相电压相量和总进线电流相量求出三相对称的系统等值电势 和系统等值导纳Ys
步骤2,将步骤1中的总进线电流相量应用对称分量法进行分解,得到总进线电流的正序分量与负序分量
步骤3,将步骤2得到的总进线电流负序分量乘以权重系数ωa、ωb、ωc线性分解为三部分,三组负序分量分别以A相、B相、C相为参考相做正序化旋转,得到正序化的负序电流分量用非参考相的负序电流分量减去正序化旋转的负序电流分量,得到非参考相间的负序电流分量
步骤4,利用步骤1中三相对称的系统等值电势步骤2中的总进线电流正序分量、步骤3中的正序化负序分量及非参考相间的负序电流分量,计算得到正序导纳Y+、正序化的负序导纳YA-、YB-、YC-、非参考相的相间导纳
步骤5,将步骤4得到的正序导纳、正序化的负序导纳由Y接转为Δ接形式,与非参考相的相间导纳并联,得到总三相不平衡相间导纳,再将总三相不平衡三个相间导纳由Δ接转为Y接形式,减去步骤1中的系统等值导纳Ys,即为三相三线制不平衡系统的等效负荷相导纳
步骤6,将步骤5得到的三相三线制不平衡系统的等效负荷相导纳通过Y-Δ变换转换为相间导纳的形式并得到对应的相间电导和相间电纳
步骤7,利用步骤6得到的三相三线制不平衡系统的等效负荷相间电纳补偿PCC处无功功率,在AB、BC、CA相间分别并联无功补偿相间电纳,其值为 的电纳;
步骤8,对步骤6得到的三相三线制不平衡系统的等效负荷相间电导进行平衡化补偿;
步骤9,利用并联步骤7中的无功补偿相间电纳和步骤8中的不平衡相间电导的平衡化容纳和感纳,即可获得相间平衡化补偿网络的电纳参数。
进一步,步骤1中所述系统等值电势的计算公式为
系统等值导纳的计算公式为
式中:j是虚数单位。
进一步,步骤2中所述总进线电流的正序分量和负序分量分别为:
进一步,步骤3中所述权重系数ωabc=1;
所述正序化的负序电流分量的计算公式为
所述非参考相间的负序电流分量的计算公式为
进一步,步骤4中所述计算分别参照如下计算公式:
进一步,步骤5中等效负荷相导纳的计算公式为:
进一步,步骤6中相间导纳的形式的计算公式为:
式中:分别为AB相间、BC相间和CA相间的等效导纳, 分别为对应的电导和电纳。
进一步,步骤8中,所述平衡化补偿包括:为补偿不平衡相间电导需要在BC相间连接平衡化容纳值为的容性负载,在CA相间连接平衡化感纳值为的电感;为补偿不平衡电导需要在CA相间连接平衡化容纳值为的容性负载,在AB相间连接平衡化感纳值为的电感;为补偿不平衡电导需要在AB相间连接平衡化容纳值为的容性负载,在BC相间连接平衡化感纳值为的电感。
进一步,步骤9中所述参数为
式中:分别为AB、BC、CA相间补偿电纳。
本发明的有益效果是,针对电力系统的三相负载不对称现象,将系统侧等效为戴维南模型,考虑了系统导纳,更符合不平衡系统PCC处三相电压不对称的实际情形;然后通过负序加权实现了对电流负序分量在三相正序电路中的等效分配,进而提出了不平衡负荷的负序加权等效模型。基于等效负荷参数,运用Steinmetz平衡化理论建立了相间补偿网络电纳的负序加权计算方法,网络电纳参数是以加权为变量的函数,可兼容已有的各种针对三相三线制电路设计的补偿网络参数计算方法,为平衡化补偿的最优化提供了理论基础。
附图说明
图1为本发明提供的三相三线制不平衡电力系统等效电路示意图。
图2为本发明提供的三相三线制不平衡电力系统等效补偿电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图,对优选的实施例作详细说明。应该强调的是,下述说明仅仅是示例性的,并不限制本发明的保护范围及其应用。
本发明基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法实施的具体步骤如下:
(1)选定PCC点电流的正方向,采集三相三线制不平衡电力系统PCC处的电压信号与总进线电流信号,每周波采样128点(采样周期为6.4kHz),对三相电压信号与电流进行数字化处理,得到三相电压与电流的数据序列([uA(n) uB(n) uC(n)]及[iA(n) iB(n) iC(n)])。对所述PCC处的三相电压与电流数据序列进行离散傅里叶变换,得到电压相量电流相量 利用电压相量与电流相量,基于系统电压源和导纳三相对称的条件,求出三相对称的系统等值电势与系统等值导纳Ys。系统等值电势的计算公式为
系统等值导纳的计算公式为
式中:j是虚数单位。
(2)应用对称分量法,分解步骤(1)中的总进线电流相量,得到其正序分量与负序分量,计算公式如下,
总进线电流的正序分量和负序分量分别为:
(3)设定权重系数ωa、ωb、ωcabc=1),将步骤(2)中的总进线电流负序分量线性分解为三部分,三组负序分量分别以A相、B相、C相为参考相做正序化旋转,得到三组正序化的负序电流分量,其计算公式为
根据基尔霍夫电流定律,以参考相为基准进行正序化旋转后,非参考相间将有负序电流流动,将非参考相的原负序电流分量减去正序化旋转后的负序电流分量,可得非参考相间的负序电流分量,其计算公式为
以A参考相为例,代表从B相流向C相的非参考相间的电流分量,代表从C相流向B相的非参考相间的电流分量,两者大小相等,方向相反。
(4)利用所述三相对称的系统等值电势步骤2中的电流正序分量、步骤3中的正序化电流负序分量及非参考相间的负序电流分量,计算得到正序导纳Y+、正序化的负序导纳YA-、YB-、YC-、非参考相的相间导纳 其计算公式如下所示:
(5)将步骤(4)中的正序导纳、正序化的负序导纳由Y接转为Δ接形式,与非参考相的相间导纳并联,得到总三相不平衡相间导纳然后将三个相间导纳由Δ接转为Y接形式,减去步骤1中的系统等值导纳YS,即为三相不平衡系统的等效负荷相导纳计算公式为:
(6)将步骤(5)中所述的三相不平衡系统的等效负荷相导纳转换为相间导纳形式,计算公式为:
式中:分别为AB相间、BC相间和CA相间的等效导纳, 分别为对应的电导和电纳。
(7)利用步骤(6)中所述的相间电纳补偿PCC处无功功率,即在AB、BC、CA相间分别并联值为的电纳;
(8)利用步骤(6)中所述的相间电导对PCC相电压和电流进行平衡化补偿,平衡电导需要将容纳值为的容性负载连接在BC相间,将感纳值为的电感连接在CA相间;平衡电导需要将容纳值为的容性负载连接在CA相间,将感纳值为的电感连接在AB相间;平衡电导需要将容纳值为的容性负载连接在AB相间,将感纳值为的电感连接在BC相间;
(9)利用步骤(7)中的并联相间电纳值和步骤(8)中的为平衡三个相间电导分别所需的容值和感纳值,即可获得不平衡负荷相间补偿网络的参数表达式如下所示:
需要注意的是,本发明中的系统侧与负荷侧以选定的要安装不平衡治理装置的PCC处为界,根据基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法计算平衡化补偿网络的电纳参数时,在满足ωa>0,ωb>0,ωc>0,且ωabc=1的约束下,三相负序电流分量的加权系数可任意设定。
实施例
已知某三相不平衡电力系统母线某时刻的三相电压相量分别为三相总进线电流相量分别为
根据本发明提供的不平衡负荷的负序加权等效模型,三相不平衡电力系统的系统等值电势与系统等值导纳阻抗分别为
YS=1.1099-j33.2963S;
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,三相不平衡电力系统的三相总进线电流的正序分量与负序分量分别为
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,设定6组负序加权系数,以A、B、C三相分别为参考相做正序化旋转,相应的正序化的负序电流分量如表1、表2和表3所示。
表1不同加权系数下的以A相为参考相的正序化负序电流分量
表2不同加权系数下的以B相为参考相的正序化负序电流分量
表3不同加权系数下的以C相为参考相的正序化负序电流分量
三个非参考相B-C、C-A和A-B的相间电流分量如表4所示。
表4不同加权系数下的非参考相间电流分量
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,由计算出的三相对称的系统等值电势及上述电流分量,可求得正序导纳为
Y+=3.14∠-48.27°(S)
设置6组负序加权系数下,正序化旋转的负序导纳及非参考相间导纳分别如表5和表6所示。
表5不同加权系数下的正序化的负序导纳等值参数
表6不同加权系数下的非参考相的相间导纳等值参数
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,将正序导纳、正序化的负序导纳由星形转为Δ连接形式,与非参考相的相间导纳并联,得到6组负序加权系数下总三相不平衡相间导纳如表7所示。
表7不同加权系数下的总三相不平衡相间导纳等值参数
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,将上述三个相间导纳由Δ接转为星形连接,减去系统等值导纳,即为三相不平衡的等值负荷相导纳,如表8所示。
表8不同加权系数下的三相不平衡系统等效负荷相导纳等值参数
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,将上述三相不平衡系统的等效负荷相导纳转换为相间导纳的形式,可得到PCC点接入6组负序加权系数下的等效相间导纳值如表9所示。
表9不同加权系数下的相间导纳等值参数
根据本发明提供的基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,利用上表中的6组负序加权系数和相间导纳等值参数,可得到三相不平衡系统的补偿网络参数,如表10所示。
表10不平衡负荷的负序等效模型补偿网络参数
上述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于不平衡负荷负序加权等效模型的平衡化补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,以PCC点为边界,将系统侧与负荷侧分别进行等效;在系统对称的条件下,系统电压源电势和系统导纳等值三相对称,利用测量的PCC相电压相量和总进线电流相量求出三相对称的系统等值电势 和系统等值导纳Ys
步骤2,将步骤1中的总进线电流相量应用对称分量法进行分解,得到总进线电流的正序分量与 负序分量
步骤3,将步骤2得到的总进线电流负序分量乘以权重系数ωa、ωb、ωc线性分解为三部分,三组负序分量分别以A相、B相、C相为参考相做正序化旋转,得到正序化的负序电流分量用非参考相的负序电流分量减去正序化旋转的负序电流分量,得到非参考相间的负序电流分量
步骤4,利用步骤1中三相对称的系统等值电势步骤2中的总进线电流正序分量、步骤3中的正序化负序分量及非参考相间的负序电流分量,计算得到正序导纳Y+、正序化的负序导纳YA-、YB-、YC-、非参考相的相间导纳
步骤5,将步骤4得到的正序导纳、正序化的负序导纳由Y接转为Δ接形式,与非参考相的相间导纳并联,得到总三相不平衡相间导纳,再将总三相不平衡三个相间导纳由Δ接转为Y接形式,减去步骤1中的系统等值导纳Ys,即为三相三线制不平衡系统的等效负荷相导纳
步骤6,将步骤5得到的三相三线制不平衡系统的等效负荷相导纳通过Y-Δ变换转换为相间导纳的形式并得到对应的相间电导和相间电纳
步骤7,利用步骤6得到的三相三线制不平衡系统的等效负荷相间电纳补偿PCC处无功功率,在AB、BC、CA相间分别并联无功补偿相间电纳,其值为
步骤8,对步骤6得到的三相三线制不平衡系统的等效负荷相间电导进行平衡化补偿,所述平衡化补偿包括:为补偿不平衡相间电导需要在BC相间连接平衡化容纳值为的容性负载,在CA相间连接平衡化感纳值为的电感;为补偿不平衡电导需要在CA相间连接平衡化容纳值为的容性负载,在AB相间连接平衡化感纳值为的电感;为补偿不平衡电导需要在AB相间连接平衡化容纳值为的容性负载,在BC相间连接平衡化感纳值为的电感;
步骤9,利用并联步骤7中的无功补偿相间电纳和步骤8中的不平衡相间电导的平衡化容纳和感纳,即可获得相间平衡化补偿网络的电纳参数,所述参数为
式中:分别为AB、BC、CA相间补偿电纳。
2.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤1中所述系统等值电势的计算公式为
系统等值导纳的计算公式为
式中:j是虚数单位。
3.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤2中所述总进线电流的正序分量和负序分量分别为:
4.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤3中所述权重系数ωabc=1;
所述正序化的负序电流分量的计算公式为
所述非参考相间的负序电流分量的计算公式为
5.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤4中所述计算分别参照如下计算公式:
6.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤5中等效负荷相导纳 的计算公式为:
7.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤6中相间导纳的形式 的计算公式为:
式中:分别为AB相间、BC相间和CA相间的等效导纳, 分别为对应的电导和电纳。
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