基于序分量和量测值的三相不平衡度量研究

IEC序分量三相不平衡度量包括负序和零序三相不平衡度,使得三相不平衡度不具有唯一性。以量测的有效值度量三相不平衡度与序分量度量形式不具有对应关系,给工程使用带来困扰。基于序分量和相量的大小关系,提出采用正序分量有效值的平方和与总量平方和之比度量三相平衡度,统一了含零序和不含零序系统的度量形式。在此基础上,分别针对不含零序分量的线电压、线电流,含有零序分量的相电压、相电流,给出了根据量测有效值获取序分量大小的方法,构建与序分量度量对应的量测有效值度量形式。算例显示,提出的序分量度量方式适用于三相三线制和三相四线制系统,构建的量测值度量形式和序分量具有对应关系,保证了工程应用中三相不平衡度量的唯一性。     

无功和三相负荷不平衡的序分量法补偿控制

将静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)并入电网来补偿无功功率和配电网三相负荷不平衡。通过对称分量法和叠加原理,对配电网三相负荷不平衡情况下正序、负序等效电路进行分析,提出一种新的正、负序补偿电流叠加补偿控制方法。正序控制环采用δ-θ控制,实现配电网无功功率补偿和保持STATCOM直流侧电压稳定;负序控制环采用φ-θ控制,实现STATCOM补偿三相负荷不平衡产生的负序电流,使电网侧三相负荷保持平衡。仿真和实验结果表明,该方法可以有效地补偿电网无功功率和三相负荷不平衡。     

基于序分量法的D-STATCOM直接功率控制策略研究

将基于序分量法的P-DPC引入到配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)的控制研究中,来解决传统预测直接功率控制策略只可控制补偿负荷无功功率的问题。将电网电压不对称因素考虑在内,利用瞬时对称分量法对各个采集电气量进行序分解,构建正、负序等效电路。无功和三相不平衡负荷补偿时,根据序网络等效电路分别推得正、负序功率预测模型。基于正序功率预测模型的P-DPC算法控制D-STATCOM补偿负荷无功,而基于负序功率预测模型的D-DPC算法控制补偿负荷所需负序电流。两种算法相互牵制,严格控制了D-STATCOM的输出电流,消除了装置在电网电压不对称时可能产生的过流威胁,实现了负荷无功和平衡化补偿。仿真结果表明,不论电网电压对称与否,该控制策略都能良好地补偿负荷的无功和负序电流,确保电源侧三相电流平衡且单位功率因数运行。     

三相不平衡与线损的量化分析

三相不平衡影响系统运行效能,以负序、零序和正序分量有效值比值度量负序、零序三相不平衡率,使得不平衡率不具有唯一性。线损增加是三相不平衡带来的主要影响,亟待进行量化评估。在分析序分量和相量大小关系的基础上,提出采用三相正序分量有效值的平方和与总量平方和之比度量三相平衡率,统一了含零序和不含零序系统的三相平衡率和不平衡率度量形式。论证了在电源电压对称的情况下,传递相同功率,不平衡系统正序电流分量大小等于平衡系统的电流。对于三相三线制系统,不平衡系统与平衡系统的线损比值为平衡率的倒数,并给出了根据量测值计算线损增量的方法;对于三相四线制系统,不平衡系统线损由端线线损和中线线损两部分构成,不平衡系统端线线损与平衡系统的比值为平衡率的倒数,中线线损根据零序电流单独计算,并给出了根据量测值计算线损增量的方法。算例显示,提出的度量方法能够更好地评价三相不平衡,并反映与线损的量化关系。     

基于序电流的三相负荷不平衡度数学建模与度量分析

目前,基于序分量建立的三相不平衡度数学模型形式均不唯一,而且序分量在实践中不易测量,会给三相不平衡治理及因三相负荷不平衡带来的损耗分析带来诸多不便。基于3种三相负荷不平衡条件分别建立模型,提出了对应的三相负荷不平衡度算法。针对幅值和相位均不平衡的三相负荷不平衡电力系统,提出采用序分量有效值与三相平均电流有效值之比的平方和的倒数来度量三相负荷不平衡度,建立了三相序分量与三相负荷不平衡度的关系,统一了IEC提出的基于序分量的三相不平衡度量式。试验及案例分析表明,提出的三相负荷不平衡度算法可以有力反映不同条件下的三相负荷不平衡。对于低压供配电系统,所提出的三相负荷不平衡度算法与针对幅值和相位均不平衡的三相负荷不平衡电力系统提出的三相负荷不平衡度算法的度量结果具有一致性,对三相不平衡的治理及工程实践具有较强的实用价值。     

VSC-HVDC三相不平衡控制策略

分析了电网三相不平衡时电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)系统的谐波传递特性,设计了一种基于瞬时对称分量法的序分量检测技术,适用于VSC-HVDC系统的正、负序双回路的双闭环控制策略。该控制策略利用瞬时对称分量变换获取电压和电流的无延迟正、负序分量,不仅在时域范围内对传统对称分量法进行了扩展,而且也解决了正、负序分解时所带来的延迟问题。另外,提出在三相不平衡电力系统的控制中增加一个不平衡指令补偿模块,改善VSC-HVDC系统在电网三相不平衡时的运行特性。最后,在仿真软件PSCAD/EMTDC的环境下建立了一个VSC-HVDC系统及相关控制策略,验证了所设计控制策略的正确性。     

DSTATCOM补偿不平衡负载分序控制策略

通过分析负载不平衡时各序等效电路,建立了配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)在各序等效电路中的数学模型,并提出了分序控制策略。针对负载电流正、负序分量三相对称的特点,分别在正、负序同步旋转坐标系下进行补偿,而零序分量在三相坐标系进行补偿,为了提高补偿精度,同时抑制装置本身产生低次谐波和扰动,引入重复控制。最后在MATLAB/Simulink环境中搭建10 Mvar/10 kV DSTATCOM系统进行仿真验证,证明了新型控制策略补偿不平衡负载的有效性,并且具有一定抑制电网电压不平衡的能力。     

孤岛微电网逆变器不平衡负载下的控制策略

提出一种孤岛微电网逆变器在不平衡负载下的控制策略,采用分序网络解耦控制,在虚拟同步发电机(VSG)控制的基础上引入自适应负序补偿环.对三相负载不平衡下的电路进行分析,得到逆变器分序网络等效电路和逆变器间负序环流产生机理.通过分序网络解耦控制得到电压环参考电压各序分量,引入分序网络虚拟阻抗改进逆变器各序输出阻抗.正序网络采用VSG控制实现正序调频调压和电流的自主分配,负序网络加入负序补偿环抑制微电网三相电压负序分量.详细分析了微电网电压负序分量与负序补偿系数和逆变器输出电流负序分量的关系.负序补偿环采用自适应控制,在实现微电网三相电压平衡的同时根据逆变器额定容量自主分配输出电流负序分量.建模仿真结果验证了所提控制策略的有效性.     

静止无功发生器在不平衡系统中的控制策略研究

针对电网中三相负载不平衡或大容量单相负载的使用在电网中产生大量负序电流,对其造成严重影响的问题,对SVG数学模型进行分析基础上提出了基于dq坐标变换正序与负序双向同步控制静止无功发生器(SVG)的控制策略,采用两组控制器分别对SVG输出电压的正序分量和负序分量进行闭环反馈独立同步控制,达到既可补偿由感性或容性负载产生的正序无功电流,又可以有效抑制电网中负序电流的目的,提高了电网功率因数,减少了由负序电流引起的电网不平衡等故障。通过MATLABSimulink的仿真分析证明了该控制方案的合理性和有效性。     

低压电网三相负荷动态补偿系统的设计

低压电网三相负荷动态补偿系统由三相不平衡调补装置、智能换相开关和监控主站组成。三相不平衡调补装置和智能换相开关实时采集配电台区的负荷数据,并通过GPRS上传至监控主站。系统分两级调整三相不平衡负荷,①通过智能算法计算最优换相策略,并通过远程控制换相开关动作实现粗调,②通过三相不平衡调补装置自动判断台区的负荷情况,改变电容补偿量以及电容补偿方式实现细调。     

基于故障分量正序、负序和零序综合阻抗的线路纵联保护新原理

提出了故障分量正序综合阻抗、负序综合阻抗和零序综合阻抗的概念。发生区外故障时,故障分量正序综合阻抗等于线路正序容抗,负序综合阻抗等于线路负序容抗,零序综合阻抗等于线路零序容抗,数值较大;被保护线路上发生区内故障时,故障分量正序综合阻抗、负序综合阻抗和零序综合阻抗分别反映系统和线路的正序、负序和零序阻抗,数值较小。根据该特征,可以区分线路上是否发生故障,据此提出了基于故障分量正序综合阻抗、负序综合阻抗和零序综合阻抗的纵联线路保护原理,不需对电容电流进行补偿,灵敏度高,不受过渡电阻的影响,整定原则明确,定值裕度大。     

不平衡负载下并联有源电力滤波器的补偿性能

实际工业现场存在谐波、负序及无功等问题需予抑制以满足其他用户的用电要求,而有源电力滤波器(APF)是一种新型电力电子装置,除抑制谐波外,对于不平衡三相电路,还可同时抑制基波负序电流。为准确检测出不平衡负载的谐波与基波负序分量,APF的低通滤波器采用移动平均滑窗算法并在研制的66 kVA的APF基础上对不平衡三相电路进行了补偿。仿真和实验结果证明了所研制的APF可以快速、准确地检测出基波负序及各次谐波电流,补偿后的系统侧电流畸变率从28.5%降至2.79%,充分达到了谐波抑制的国际标准。     

静止无功发生器负载不平衡补偿范围研究

三相全桥静止无功发生器SVG(static var generator)应用于低压小功率中无功与负序电流的补偿。本系统采用d-q双序同步旋转的分序控制策略,从稳定系统直流侧电压出发,分析了SVG补偿的无功电流与负序电流之间的关系,推导出负序电流的补偿范围不受正序分量的限制。在补偿额定正序无功电流时,利用三相中输出的最大电压来衡量系统补偿负序电流的最大范围。当并网系统电抗取值5 m H时,计算出电流正负序比例最高不超过43%。最后在Matlab/Simulink中搭建系统仿真模型。仿真结果验证了系统的控制策略与不平衡补偿范围计算方法的正确性。     

Three-phase unbalance of distribution systems: Complementary analysis and experimental case study

Three-phase unbalance is a familiar issue for power system researchers and engineers. This can introduce additional power losses in distribution network in steady states due to both negative and zero sequence components. It could also limit the loading capability of distribution transformers, well below their nominal ratings. There are many voltage and current unbalance definitions (e.g., IEEE and NEMA) for three-phase three-wire systems, assuming zero sequence currents to be of negligible practical value, for they cannot flow in three-wire systems. However, the zero sequence unbalance has significant current magnitude in three-phase with four-wire distribution networks, particularly in developing countries. Hence, this paper concentrates on the distribution unbalance, completing the available definitions in order to maintain tangible relationships between the level of unbalance and the cited consequences in distribution networks. Furthermore, practical works were performed on 11 selected 20 kV/0.4 kV substations within Tehran North-West Distribution System (TNWDS), where data loggers have been installed for 7 days to measure and record operating conditions of substations. Then, detailed analysis and assessment are suggested on empirical data to substantiate the presented complementary definitions and relationships.     

基于瞬时对称分量法的三相四线制D-STATCOM控制研究

配电网中三相负载不对称,会导致三相电流电压不对称。基于瞬时对称分量法对三相电压和电流量进行分解,提出了一种新的正序、负序和零序电流直接控制方法,应用于三相四线制配电网并联型D-STATCOM(配电网静止同步无功发生器)。正序电流控制使D-STATCOM发出电网中需要补偿的无功电流和谐波电流;负序、零序电流由abc坐标系转换到dq0同步旋转坐标系与期望值0做差进行控制,用以补偿三相负荷不平衡。仿真结果表明,所提出的控制方法可以使D-STATCOM有效补偿配电网三相负荷不平衡,提高配电网功率因数,同时消除非线性负荷引起的电流畸变。     

零序电流差动保护选相元件

针对零序电流差动保护选相元件受负荷电流影响,在高阻接地故障中灵敏度较低的情况,文中提出了一种基于序分量的零序电流差动保护选相元件。选相元件包括三部分:利用负序与零序差动电流大小相近区分单相接地两相高阻接地故障;利用正序差动电流与负序差动电流的相位关系区分单相接地与两相金属性接地故障;利用低制动系数差动判据防止区外三相短路不平衡零序电流。RTDS仿真结果表明:提出的选相元件不受过负荷影响,无需补偿,可以准确选出单相接地故障相,灵敏度高于零序电流差动保护,保证零序电流差动保护准确分相跳闸。     

负载不平衡下D-STATCOM控制策略的仿真研究

通过分析建立配电网静止同步补偿器(D-STATCOM)在负载不平衡时各序等效电路中的数学模型,提出了将反馈线性化同时应用于正序、负序模型的控制策略。针对三相三线制下负载不平衡时电流可分解为正、负序分量的特点,分别在正、负序同步旋转坐标下进行补偿。其中,正序控制使装置发出负载需要的无功电流,提高功率因数;负序控制用于补偿由于负载不平衡出现的负序电流,从而使电网侧电流平衡达到国标要求。最后在PSCAD中搭建了10 Mvar/10 kV D-STATCOM系统进行仿真验证,证明了该控制策略补偿负载不平衡的同时能发出满足要求的无功功率,并且在电网侧出现超过国标的不平衡时仍能达到较理想的效果,显示出此控制策略的有效性。     

牵引变电所群贯通供电系统负序补偿模型及控制策略

针对牵引变电所群贯通供电系统存在的三相电压不平衡问题,提出一种基于三相变压器与静止无功发生器(SVG)的负序集中补偿方案及控制策略.首先,根据牵引变压器的功率变换关系及不同的负荷情况,推导了2种模式下补偿装置对牵引负荷的补偿功率通用表达式.根据中国的电能质量标准,提出了以负序满意补偿为目标的双限值补偿方案,方案包括了模式选择方法、SVG容量配置方法及SVG运行方法.根据补偿方案,设计了带有模式判别的SVG双闭环补偿控制策略.然后,采用牵引变电所实测数据对补偿方案进行验证,证明了方案具有良好的补偿效果,与全补偿方案相比,所提方案需要的装置容量更小.最后,通过仿真证明了控制策略对负序补偿的有效性和较快的响应速度.