一种配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算方法与流程

本发明涉及主要不平衡扰动源识别技术领域，尤其涉及一种配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算方法。

背景技术：

在电力系统中，三相电压在理想情况下完全平衡。三相电压的幅值相等，相角依次相差120度。然而，系统的实际电压通常不平衡，原因有很多，如三相负载的不均匀分布，三相负载不平衡，不对称的传输阻抗和非对称的变压器绕组阻抗等。由于大容量单相负荷数量的增加，不平衡现象相比于以前变得越来越严重。三相电压不平衡在电力系统中能够导致许多不利的影响。例如，不平衡的电源电压将威胁电力系统运行的安全性和经济性。对于一些电力终端设备，如感应电机和可调速驱动器，电压不平衡的影响也较严重。特别是，如果供电电压的不平衡程度大于2.5％，一些电子设备可能被损坏。因此，可以看出电压平衡对电力系统的重要性。为此，国际电工委员会发表了一份针对三相不平衡标准的报告：iec/tr61000-3-13-2008。该报告指出当正常工作条件下的pcc电压不平衡超过规定值时，找出主要的不平衡源是不平衡缓解措施的必要前提。

随着能源节约和多类型的推进，可再生能源发电技术和高速铁路将迎来发展的高潮，风力发电，太阳能发电，大量的非线性负荷接入电网，势必会带来一系列电压不平衡问题。同时，现在的工业生产和生活自动化程度规模很高，对电压的质量依赖性较高，因此为了减少供电电压不平衡带来的不便性和经济损失，有必要对电压不平衡进行深入研究，找到主要的电压不平衡源，明确电压不平衡贡献的责任，对主要不平衡源实施合理的减缓措施，最终为用电客户提供安全、稳定的供电电压，为电力部门增加效益，为电网的安全运行提供必要的保障。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算方法，能够根据系统中的公共耦合点测量得到的三相电压、电流数据以及负荷容量有效识别配电系统中主要不平衡扰动源的位置，并定量计算其谐波责任。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算方法，包括以下步骤：

步骤1、建立用于配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算的等值电路图；

步骤2、当不平衡完全来自于系统侧时，计算得到系统中公共耦合点的电压和电流不平衡率之间的关系；

步骤3、当不平衡完全来自于用户侧时，计算得到系统中公共耦合点的电压和电流不平衡率之间的关系；

步骤4、得到系统侧和用户侧的不平衡贡献定量值；

步骤5、识别出系统公共耦合点的主要不平衡扰动源。

所述步骤1中的等值电路图包括公共点与地之间的三条支路，每条支路分别对应a、b、c三相，每条支路上依次串联该相的系统侧等效不平衡电压源、系统侧等效阻抗、负荷等效阻抗。

所述步骤2中，用户侧负荷为无源负荷和电动机负荷组成的混合负荷，在系统中的公共耦合点处并联。

所述步骤2的具体方法为：

步骤2.1、利用电流、阻抗及电压之间存在的固有关系表示出系统中的公共耦合点处的正序电流和负序电流；

步骤2.2、无源负荷的正、负序阻抗是相等的，因此对步骤2.1中的关系进行化简，得到电压不平衡率和电流不平衡率之间的关系；

步骤2.3、用负荷的容量表示出电压不平衡率和电流不平衡率之间的关系。

所述步骤3中，当不平衡完全来自于用户侧时，系统侧的等效负序电压源为0。

所述步骤3的具体方法为：

步骤3.1、根据步骤1中得到的等值电路，利用电压、电流和阻抗之间的关系得到系统中公共耦合点处的正序电压和负序电压；

步骤3.2、系统侧的等效负序电压源为0，因此对步骤3.1中的公式进行化简，得到电压不平衡率和电流不平衡率的关系；

步骤3.3、用负荷的容量表示出电压不平衡率和电流不平衡率之间的关系。

所述步骤4的具体方法为；

步骤4.1、在同一坐标系内做出步骤2和步骤3两种情况下的系统公共耦合点处的电压和电流不平衡率之间的关系曲线，横坐标为电流不平衡率，纵坐标为电压不平衡率；

步骤4.2、在附图中标注出实际的电压不平衡率εu；

步骤4.3、根据实际电压不平衡率标注出对应的实际电流不平衡率，标注出实际电流不平衡率对应的在步骤2和步骤3两种情况下的系统公共耦合点处的电压不平衡率和

步骤4.4、计算得到系统侧不平衡贡献suc和用户侧不平衡贡献cuc。

所述步骤4.4的具体方法为：

根据公式suc＝deltc/(delts+deltc)×100％计算出系统侧不平衡贡献suc，其中deltc表示εu与之间的距离，delts表示εu与之间的距离；

根据公式cuc＝delts/(delts+deltc)×100％计算出用户侧不平衡贡献cuc。

所述步骤5的具体方法为：

当suc>>cuc时，主要不平衡扰动源是在系统侧；

当suc＜＜cuc时，主要不平衡扰动源是在用户侧。

本发明的有益效果：

(1)能够根据系统中的公共耦合点测量得到的三相电压、电流数据以及负荷容量有效识别配电系统中主要不平衡扰动源的位置；

(2)基于两种不同情况下的不平衡研究，可以计算出实际情况下的系统侧和用户侧的不平衡贡献大小，方法简单实用。

(3)根据不平衡贡献的大小，为主要不平衡扰动源的识别提供了一个量化的标准，能够快速、准确的识别出主要不平衡扰动源的位置。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

图2为本发明的等值电路图。

图3为本发明定量计算的示意图。

图4为本实施例的单线电路图。

图5为本发明计算的和基于仿真的不平衡贡献对比图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明提出了一种配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算方法，具体流程如下：

1、建立用于配电系统中公共耦合点处不平衡责任定量计算的等值电路图。

如图2所示，建立配电系统中公共耦合点处不平衡责任的定量计算的等值电路图，将系统侧的三相不平衡电压源等效为系统侧的三相阻抗等效为zsa，zsb，zsc，pcc(pointofcommoncoupling)为系统中的公共耦合点，表示pcc点处的a相对地电压，b相对地电压，c相对地电压，zla，zlb，zlc分别表示a，b，c三相负荷的等效阻抗，分别代表a相，b相和c相电流。

2、得到当不平衡完全来自于系统侧时，系统公共耦合点的电压和电流不平衡率之间的关系。

对图2进行电路分析可知，当不平衡完全来自于系统侧，用户侧负荷为无源负荷和电动机负荷组成的混合负荷，在pcc处并联，因此pcc点处的正序电流和负序电流可表示为：

其中为pcc点处的正序电压，为pcc点处的负序电压，为pcc点处的正序电流，为pcc点处的负序电流，z1_im为三相感应电动机的正序阻抗，z2_im为三相感应电动机的负序阻抗，z1_pl为无源负荷的正序阻抗，z2_pl为无源负荷的负序阻抗。由于无源负荷的正、负序阻抗是相等的，即z1_pl＝z2_pl，因此对以上公式简化，得到电压不平衡率和电流不平衡率之间的关系：

其中为不平衡完全来自于系统侧，负荷为混合负荷时的电压不平衡率，为电流不平衡率。

为了使表达式能用负荷的容量表示出来，对公式进行简化，可得到：

其中kim为三相感应电动机的正序阻抗与负序阻抗的比值，为负荷总容量的共轭，为无源负荷容量的共轭。

3、得到当不平衡完全来自于用户侧时，系统公共耦合点的电压和电流不平衡率之间的关系。

如图2所示，当不平衡完全来自于用户侧负荷、系统侧是完全平衡的状态时，pcc点的正序电压和负序电压为：

其中为系统侧的等效正序电压源，为系统侧的等效负序电压源，由于所有的不平衡都来自于用户侧，所以可得到电压不平衡率和电流不平衡率的关系为：

其中为不平衡完全来自于用户侧负荷时的电压不平衡率，表示系统侧正序等效电压源，表示pcc处的正序电流，表示pcc处的负序电流，zss表示系统侧的等效自阻抗，zsm表示系统侧等效互阻抗。

4、得到系统侧和用户侧的不平衡贡献定量值。

如图3所示，其所述步骤(4)为，根据不平衡完全来自于系统侧和用户侧两种不同情况的计算公式，得到电流不平衡率和电压不平衡率之间的关系，如图3所示。在实际情况中，实际的电压不平衡率会落在这两种极限情况之间，如图3中的c点，标注为εu。当不平衡完全来自于系统侧时，电压不平衡率如图3中的a点，标注为当不平衡完全来自于用户侧时，电压不平衡率如图3中的b点，标注为为了定义系统侧和用户侧的不平衡贡献，所以：

其中delts表示εu与之间的距离，deltc表示εu与之间的距离。

因此可以得到系统侧不平衡贡献(suc)为：suc＝deltc/(delts+deltc)×100％；

用户侧不平衡贡献(cuc)为：cuc＝delts/(delts+deltc)×100％；

5、识别出系统公共耦合点的主要不平衡扰动源。

根据计算得到的系统侧不平衡贡献和用户侧不平衡贡献，通过比较系统侧不平衡贡献和用户侧不平衡贡献的大小来判断主要不平衡扰动源的位置；

当suc＞＞cuc时，说明主要不平衡扰动源是在系统侧；

当suc＜＜cuc时，说明主要不平衡扰动源是在用户侧。

实施例：

本实施例的系统示意图如图4所示。其中，pcc点为公共连接点，为供电系统的等值电压源，zsystem为系统侧的等值阻抗，zline为线路阻抗，zpl代表无源负荷，zim代表三相感应电动机负荷。

图4系统的基本参数为：

供电系统：10kv，50hz，三相三线

系统阻抗：zsystem＝(0.0365+j0.1966)ω

输电线路：长度为5km，线路阻抗矩阵(每km)为：

无源负荷：总容量为5mva，功率因数为0.95

感应电动机负荷：总容量为2.4mva

感应电动机的参数：6.0kv,200kw,50hz,rs＝0.0464p.u.,xs＝0.0585p.u.,rr＝0.0132p.u.,xr＝0.0585p.u.,xm＝1.2056p.u.和j＝398.0kg/m².

分别改变负荷和等值供电系统的不平衡度，得到一个用本发明提出的方法得到的不平衡贡献值，再与仿真方法得到的不平衡贡献值对比。

案例1：

用户侧的不平衡度保持恒定，设置a相的负荷容量为额定容量的90％，b相和c相的容量均为额定容量，通过改变系统侧a相电压的幅值来产生6个子算例，变化范围为(0.95,1.00)p.u.，变化幅度为每次0.01p.u.，b相和c相的幅值均保持不变。

案例2：

系统侧的不平衡度保持恒定，设置a相电压源的幅值为额定值的0.95，b相和c相的电压源幅值为额定值。通过改变a相负荷的容量产生6个子算例，变化范围为(0.75,1.0)p.u.，变化幅度为每次0.05p.u.，b相和c相的负荷容量均为额定值。

对于负荷组成为无源负荷和三相感应电动机负荷的混合负荷情况下，案例1得到的结果如表1所示：

表1

案例2得到的结果如表2所示：

表2

案例1和案例2通过本发明所提的方法计算和仿真比较的结果如图5所示。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。