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對(duì)稱分量法是分析不對(duì)稱故障的常用方法,根據(jù)對(duì)稱分量法,一組不對(duì)稱的三相量可以分解為正序、負(fù)序和零序的三相對(duì)稱分量,將電網(wǎng)等效為各分量下的等效序網(wǎng)絡(luò)后,就可以對(duì)電力系統(tǒng)的各種不對(duì)稱運(yùn)行及不對(duì)稱故障情況進(jìn)行分析。但是,傳統(tǒng)的對(duì)稱分量法定義在頻域范圍,用相量表示,在進(jìn)行對(duì)稱分量分析時(shí),需要計(jì)算各個(gè)相量的模值和相位,故只能應(yīng)用于電力系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行或不對(duì)稱故障的穩(wěn)態(tài)分析中,而無(wú)法應(yīng)用于系統(tǒng)的暫態(tài)分析。
而在電力電子裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,對(duì)暫態(tài)不對(duì)稱運(yùn)行或者不對(duì)稱故障分析格外重要(比如SVG、HVDC等),我們需要各個(gè)分量的瞬時(shí)值,利用電壓或電流的瞬時(shí)值構(gòu)造相應(yīng)的無(wú)延時(shí)旋轉(zhuǎn)相量,再利用這些旋轉(zhuǎn)相量進(jìn)行對(duì)稱分量變換,獲取各個(gè)序分量的瞬時(shí)值。
在三相電路中,對(duì)于任意一組不對(duì)稱的三相相量(電壓或電流),可以分解為三組三相對(duì)稱的相量,當(dāng)選擇a相作為基準(zhǔn)相時(shí),三相電流相量與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系(以電流為例)為
(1)
(2)
令三相不對(duì)稱電流的瞬時(shí)值為
(3)
式中,Ia,Ib,Ic分別表示三相電流的瞬時(shí)值;Iam,Ibm,Icm分別表示三相電流的幅值;φa,φb,φc分別表示三相電流的初相位。
設(shè)與三相電流Ia,Ib,Ic所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)相量分別為
(4)
由上式可知,旋轉(zhuǎn)相量的虛部的系數(shù)就是三相電流的瞬時(shí)值,只要求出這些相量的實(shí)部就可以確定這些向量。而相量實(shí)部的求取可以根據(jù)三角函數(shù)的關(guān)系式,可以求導(dǎo)法完成。
分別對(duì)三相電流求導(dǎo)可得
(5)
三相電流的導(dǎo)數(shù)是對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)相量實(shí)部的ω倍,由此,可以利用導(dǎo)數(shù)構(gòu)造三相電流的旋轉(zhuǎn)相量。在實(shí)際工程的應(yīng)用中,求導(dǎo)可以在離散數(shù)字量的基礎(chǔ)上用差分方法完成,即
(6)
式中, Δt為計(jì)算步長(zhǎng),ia(t),ib(t) ,ic(t) 分別為三相電流的當(dāng)前步長(zhǎng)的瞬時(shí)值;ia(t-Δt),ib(t-Δt) ,ic(t-Δt)分別為上一步長(zhǎng)三相電流的瞬時(shí)值。
基于所構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)相量,將式4代入式1和2,經(jīng)過(guò)整理可分別得到三相電量的正序、負(fù)序和零序分量的瞬時(shí)值:
整體控制框圖為:
為了驗(yàn)證上述方法可行性,在simulink搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的三相不對(duì)稱電路,電網(wǎng)電壓為380V,三相負(fù)載分別為:1Ω+2mH,2Ω+2mH,1Ω+1mH,三角接法。對(duì)其電流進(jìn)行分析,仿真結(jié)果如下 :
上圖為電網(wǎng)電路,從仿真結(jié)果可以看出,由于三相負(fù)載不對(duì)稱,故三相電流不對(duì)稱。
上圖分別為正序、負(fù)序和零序的電流,從仿真結(jié)果顏色可以看出,第一個(gè)仿真結(jié)果為正序(順序?yàn)樗{(lán)黃粉),第二個(gè)仿真結(jié)果為負(fù)序(藍(lán)粉黃),由于負(fù)載為角接,故零序?yàn)?,即第三個(gè)仿真結(jié)果。
為了驗(yàn)證分離后的電流正確性,分別將abc三相的正序和負(fù)序求和,與原電流進(jìn)行疊加比較,上圖為ABC三相原電流和正負(fù)序電流求和的疊加波形,從仿真結(jié)過(guò)可以看出,求和值和原電流完全吻合,證明分離后的正序、負(fù)序和零序結(jié)果正確。