CN111600318B - 一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，包括对配电台区负载电流不平衡度计算，在不平衡度不达标的情况下，利用SDFT和对称分量法，检测电流中的零序及负序分量及其有功分量和无功分量；利用“模拟补偿”的方式判断补偿零序分量是否满足不平衡度要求，若满足要求，则对零序电流进行二分运算，求取最小补偿电流，若不满足要求，则先判断可补偿的负序最大容量；若负序最大容量可满足不平衡度要求，则对负序电流进行二分法，求取最小负序补偿电流，否则按负序电流容量输出；根据求得的零序电流和负序电流，叠加得到实时的补偿电流。

Description

一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法

技术领域

本发明涉及电力系统电能质量领域，主要针对配电网台区存在三相不平衡电流问题，以设备少出力，延长设备使用寿命为原则，进行不平衡电流治理。

背景技术

由于单相用电设备接入到配电网中，在负荷增减随机性大，季节性用电和临时用电的不稳定性，小容量台区对负荷变化的敏感性，以及公变台区用户对用电设备使用的随机性等因素下，配电网不可避免产生三相电流不平衡。

配电网存在三相电流不平衡，会对变压器及用户产生较大影响：增加变压器的铁损及铜损；产生磁滞损耗及涡流损耗，影响变压器寿命；可能使得变压器某一相重载或者过载，造成三相供电电压不平衡，可能因此导致用电设备出现故障。同时，国家电网公司针对配电台区三相不平衡也发布相关通知，对三相电流不平衡度及零线电流进行考核。

针对三相不平衡电流，有三种治理方案：1、换相开关型：对单相负荷进行切换，从负荷侧解决三相不平衡，但是安装工作量较大；2、电容器型：在相线间跨接电力电容器，实现有功功率转移，易于安装，但该方式补偿精度低，且容易过补；3、电力电子型：以IGBT为核心，实现三相电流精确调整，易于安装。综合各方面原因，在实际应用中，供电公司及用户较多使用电力电子型设备对配电网不平衡台区进行治理。

在电力电子型设备中，现有不平衡电流治理方案与无功补偿方案类似，检测配电网中三相负载电流，推算不平衡电流成分，利用电力电子型治理设备进行电流补偿，在容量充足的情况下，使变压器完全只输出平衡的电流成分，保证三相相同的出力，且零线上无电流，从而保证较低的变压器损耗，保证变压器运行在安全的状态。而根据国家电网相关政策，保证台区不平衡度15％以内即可达标，从考核的角度来讲，不平衡电流完全补偿是没有必要的。同时，将不平衡电流完全治理，使得治理设备发出更多的电流。由于三相出力不同，因此完全补偿不平衡电流容易使得某一相长期出力过大，可能导致在设备在另两相损耗较小，而另外一相损耗较大的情况下，严重影响了设备的寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，该方法可在保证治理配电台区较小三相不平衡度的前提下，尽可能减少治理设备出力，保证三相出力相对均衡，从而延长设备的使用寿命。该方法实时检测负载电流的不平衡成分，实时计算所需补偿电流并进行三相不平衡治理，可适应负载变化较快的环境。

本发明提供一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，包括：

采集配电台区三相的电网电压和负载电流，根据国网或南网对不平衡度的考核标准，计算对应算法的电流不平衡度，判断是否需要进行补偿；若负载电流的不平衡度高于考核要求，则对负荷率进行计算，并判断负荷率是否高于启用不平衡补偿对应的阈值。若当前电网环境既满足不平衡度的条件，也满足负荷率条件，则开启不平衡补偿。

利用滑动傅里叶变换算法或其他锁相算法，对三相电网电压进行分析，得到三相电压对应的相位；利用滑动傅里叶变换算法，对三相负载电流进行分析，得到三相负载电流基波分量结果，再根据电网电压相位信息，利用对称分量法，对三相负载电流基波分量求取正序、负序和零序分量，并继续求取各序分量的有功与无功成分；由于电网公司对零线电流进行考核，因此可选择优先补偿负载的零序电流成分。

根据设备额定容量及负载侧零序电流大小等因素，判断最大零序电流补偿量；根据负载电流及补偿的最大负序电流补偿值，判断单纯补偿零序电流是否能满足不平衡度要求；若单纯补偿零序电流即可满足不平衡度要求，则可对补偿的零序电流进行逐步缩小，使其满足设定的不平衡度，若单纯补偿零序电流不能满足不平衡度要求，再判断是否还能继续补充负序电流；若补偿零序电流后还有剩余容量继续补偿负序电流，则判断剩余容量大小，若无剩余容量继续补偿负序电流，则不再继续计算；在有剩余容量补偿负序电流的条件下，判断剩余容量全部进行补偿时，是否能满足不平衡度要求，若不平衡度满足要求，则再对电流进行逐步缩减，直到使得三相电流不平衡度达到设定值，否则满容量进行补偿，最终无法达到所需不平衡度。

其中，还包括：

在逐步逼近电流值的过程中，为尽快锁定电流大小，采用二分法进行判断电流大小，使得电流的判断范围成指数型缩小。

若三相负载电流中存在谐波电流，通过单相电流有效值和单相基波电流有效值，计算单相谐波电流有效值，在二分法求解电流的过程中，谐波电流有效值始终贯穿其中，因此该方法同样适合负载电流里谐波含量较大的环境。

采用傅里叶变换算法，修正滑动傅里叶变换得到的结果，避免累积误差造成的补偿电流检测误差。

还包括：

为降低运算量，可近似认为电压基波成分为平衡的，三相电网电压基波成分相位差为理想相位差，只需计算A相电压相位，其他两相电压相位进行运算，再进行后续检测过程。

在逐步逼近电流值的过程中，为避免出现无穷次二分运算的现象，设定电流区间阈值，当二分运算的过程中，电流范围小于阈值时，停止进行二分运算，将当前电流作为补偿电流进行输出。

在逐步逼近电流值的过程中，为加快电流值的锁定过程，设定二分运算的次数限值，二分运算的次数超过设定次数限值时，停止二分运算，将当前电流作为补偿电流进行输出。

本发明所提供的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，包括判断电网环境是否满足补偿条件，单相电网电压锁相，提取三相负载电流基波成分，根据对称分量法进行正序、负序及零序的分解，再根据电网电压相位进行各序分量有功及无功的检测，根据设备容量补偿零序电流或零序与负序电流，利用二分法得到满足设定三相不平衡度的最小补偿电流。

该方法可以实时进行检测电流信号成分，通过“模拟补偿”方式得到实时补偿电流值，具有跟踪速度快及检测运算量小等优点，并可适应负载谐波电流较大的电网环境，最终实现治理设备电流出力小，使用时间长且台区不平衡度满足要求的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供的整体检测过程的流程图；

图2为本发明实施例所提供的电流检测关键过程的流程图；

图3为本发明实施例所提供的电流逼近过程的流程图；

图4为本发明实施例所提供的电流各序成分检测过程结构图；

图5为本发明实施例所提供的剩余容量检测过程的流程图；

图6为本发明实施例所提供的仅补偿零序电流的补偿电流仿真结果；

图7为本发明实施例所提供的补偿零序和负序电流的补偿电流仿真结果；

图8为本发明实施例所提供的由于容量受限无法达到不平衡度设定值的补偿电流仿真结果；

图9为本发明实施例所提供的不平衡电流全补偿时补偿电流仿真结果。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，该方法实时性高，运算量小，跟踪速度快，适应谐波电流较多的电网环境，而且可以消除由于干扰以及迭代运算造成的累积误差。

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例所提供的电流检测关键过程的流程图，该方法包括：

步骤1，采集三相负载电流，根据电网标准，计算当前负载侧不平衡度，判断是否需要不平衡补偿；

其中，根据设定的目标不平衡度值以及负荷率阈值，判断是否需要对该台区进行补偿，若实际不平衡度高于目标不平衡度值，且当前台区负荷率高于设定的负荷率阈值，则进行后续检测过程，否则不进行不平衡补偿。

步骤2，计算电网电压相位，计算负载电流基波成分，求取负载电流的正序、负序和零序分量，进而求取负载电流负序及零序的有功和无功成分，并求取谐波电流含量；

其中，通过SDFT算法求取电网电压相位和负载电流基波成分，SDFT运算公式如下：

N为一个周期的采样点数。

根据计算公式，求取A相电网电压相位

BC相电压相位分别为

求取三相负载电流基波成分RMS_I＝abs(I_n+1)，

根据对称分量法，求取三相电流的正序、负序和零序含量，再根据电网电压相位，求取三相的负序与零序的有功和无功分量，作为后续剩余容量求解的来源。

其中，各公式如下：

对称分量法

三相电流负序与零序成分分别为：

结合电网电压相位，三相电流负序与零序成分与电网电压夹角分别为：

则三相的负序和零序的有功与无功成分分别为：

三相谐波有效值为：

步骤3，判断零序电流容量，利用二分法，求取零序电流需量；

其中，根据设备的容量及设备最大可发出的零线电流，判断最大可发出的零序电流，利用“模拟补偿”方式，判断补偿最大零序电流时是否满足不平衡度要求，①若此时“模拟补偿”后的不平衡度低于不平衡度设定值，则对零序电流进行二分法，求解满足不平衡度的最小补偿零序电流，不进行后续操作；②若此时“模拟补偿”后的不平衡度高于不平衡度设定值，则进行后续操作；

其中，设定二分法的区间阈值及二分运算的次数，当二分运算过程中电流区间长度小于区间阈值，或二分运算的次数达到设定次数，则停止电流检测，当前得到的电流结果作为输出。

步骤4，若满足上述②的条件，则判断剩余容量，利用二分法，求取负序电流的需量；

①若上一步中，零序电流需求超过设备额定容量，则剩余容量为0；②否则根据零序和负序的有功与无功成分，判断最大可以补偿的负序电流；

若满足上述②条件，求取最大负序电流比例，若负序全补偿时不超过设定额定容量，则比例为1，否则利用一元二次函数方式求解电流比例；

若“模拟补偿”最大可补偿的负序电流不足以使得电流不平衡度满足要求，则负序电流按最大可补偿值进行输出；否则，对最大可补偿的负序电流进行二分法运算，求取满足设定不平衡度下最小电流需量，负序电流二分运算方式同零序电流二分运算方式。

步骤5，根据上述方式得到补偿零序电流与补偿负序电流，结合零序电流和负序电流的相位，输出当前补偿电流。

实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同部分互相参照即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件以及计算机软件等实现。上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤，这些功能的实现方式不应认为超出本发明的范围。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，该方法检测配变台区电流不平衡度，检测电流的不平衡分量，通过“模拟补偿”的方式，检测实现目标不平衡度的最小补偿电流，具体步骤如下：

1)采集三相负载电流，根据电网标准，计算三相不平衡度，根据负载不平衡度和负荷率，判断是否满足启用补偿的条件；

2)若满足启用补偿条件，则优先补偿零序电流，通过“模拟补偿”的方式，判断补偿零序电流是否满足不平衡度要求：

若满足要求，则通过二分法缩小补偿零序电流；若不满足不平衡度要求，则进行后续步骤；

3)计算负序电流剩余容量，即可补偿的负序电流最大值；

通过“模拟补偿”的方式，判断可补偿的负序电流最大值是否满足不平衡度要求：

若满足要求，则继续用二分法缩小补偿负序电流；若不满足不平衡度要求，则将补偿负序电流全部用于补偿；

4)根据上述步骤得到的补偿零序电流与补偿负序电流，计算得到最终的补偿电流结果。

2.如权利要求1所述的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，利用SDFT算法求取电网电压相位及负载电流的基波成分，利用对称分量法求取负载电流的负序分量和零序分量，结合电网电压相位信息，求取对应分量的有功及无功成分，用于后续剩余容量的计算过程。

3.如权利要求1所述的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，设定二分法区间阈值和二分次数限值，在二分运算过程中，当电流区间小于设定的区间阈值或者二分运算次数达到次数限值时，即停止运算。

4.如权利要求1所述的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，在谐波电流较大的环境中，通过电流有效值及基波成分，求取谐波有效值，用于后续“模拟补偿”过程。

5.如权利要求1所述的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，所述步骤3)中计算负序电流剩余容量的具体步骤为：根据零序电流补偿的比例及负序电流有功和无功成分大小，判断负序电流全补偿时三相负载电流是否超过输出电流限值，若超过输出电流限值，则利用一元二次方程求解方式求取负序电流比例，从而得到可补偿的负序电流最大值。

6.如权利要求2所述的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，间歇性进行DFT运算，对SDFT算法得到的结果修正，保证避免累积误差造成的电流检测误差。

7.如权利要求1所述的一种实现目标三相不平衡度的电流检测方法，其特征在于，实时检测负载电流成分，实时得到补偿电流参考，可在电流波动较快的电网环境中实现很好的跟踪效果。

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