殷家敏

(湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北武漢430068)

0 引言

通常電力供電公司在配變處安裝三相單表計(jì)量每相用戶負(fù)荷，依據(jù)每相單表計(jì)量值對(duì)每相用戶進(jìn)行收費(fèi)。文獻(xiàn)［1］中提出在負(fù)荷不對(duì)稱情況下，利用三表法測(cè)量三相四線制有功功率是存在理論誤差的。本文由同步采樣含有不對(duì)稱負(fù)載公共連接點(diǎn)的實(shí)測(cè)電壓、電流波形，求解系統(tǒng)虛擬中性點(diǎn)電壓，將三相不對(duì)稱電路轉(zhuǎn)化為三個(gè)獨(dú)立的單相電路，進(jìn)而準(zhǔn)確計(jì)量各相負(fù)荷的有功功率。

1 三相四線制不對(duì)稱電路負(fù)荷側(cè)三相電壓不平衡分析

目前10kV配變的繞組接線大都采用Y，yn0的接線方式，在二次低壓供電方式一般采用3相4線制供電，即線電壓為380V、相電壓為220V、頻率為50Hz的三相四線制低壓配電系統(tǒng)［2］。在忽略線路阻抗的情況下，三相四線制電路等效接線如圖1所示。

圖1 三相四線制電網(wǎng)等效接線圖

其中，從中點(diǎn)O引出的導(dǎo)線稱為中線或零線，Z為其阻抗，O'為負(fù)荷中性點(diǎn)。ZA、ZB、ZC為三相負(fù)荷阻抗，正常情況下電源三相電壓對(duì)稱，分別為:

這時(shí)負(fù)荷側(cè)中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移，零線中有電流流過(guò)，負(fù)荷側(cè)三相電壓不平衡，其電壓相量圖如圖2所示。

當(dāng)三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，負(fù)荷虛擬中性的電壓［2］為

圖2 三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)的相量圖

三相負(fù)荷實(shí)際吸收的有功功率為:

式中，PA、PB、PC分別為三相負(fù)荷實(shí)際吸收的有功功率。

三表法測(cè)量三相四線制電路有功功率為［4］:

UA、UB、UC分別為相對(duì)O點(diǎn)的三相電壓;

φA、φB、φC分別為 A、B、C 三相的功率因數(shù)角。

2 三相不對(duì)稱電路有功功率測(cè)量誤差校正方案

由圖2可以看出，在三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，由于負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)發(fā)生了偏移，使得現(xiàn)有三相四線制測(cè)量的有功功率與實(shí)際出現(xiàn)了誤差。為了應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，本文提出應(yīng)用檢測(cè)負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)電位的功率誤差校正方案:可依據(jù)實(shí)時(shí)采集的電壓、電流數(shù)據(jù)對(duì)負(fù)荷中性點(diǎn)虛電位進(jìn)行在線辨識(shí)，基于辨識(shí)出的負(fù)荷中性點(diǎn)虛電位，在辨識(shí)出負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)電壓之后，可以將三相不對(duì)稱電路簡(jiǎn)化為三個(gè)單相電路，按照單相電路功率計(jì)量方式來(lái)計(jì)量三相負(fù)荷功率，改善三相負(fù)荷總有功功率和每相單表對(duì)每相用戶負(fù)荷有功功率的計(jì)量精度。

獲取負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)電壓后，三相四線制有功功率為:

其中PA'、PB'、PC'分別為三功率表測(cè)量的三相有功功率;

UAO'、UBO'、UCO'分別為相對(duì)點(diǎn)的三相電壓;

下面針對(duì)三相四線制電路具體分析在辨識(shí)出負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)電位后，三相負(fù)荷總有功功率和每相負(fù)荷有功功率的測(cè)量合理性。

假設(shè)電源三相電壓分別為:

對(duì)于一般負(fù)荷不平衡度限定不得超過(guò)4%，本文引入嚴(yán)重不對(duì)稱負(fù)荷ZA、ZB、ZC，其目的在于正確求解出各相的阻抗參數(shù)，更加突出本文分析結(jié)論。

假設(shè)ZA=10+j10(Ω)，Z=1+j1(Ω)，分以下兩種情況進(jìn)行討論:

情況(1)三相負(fù)荷不對(duì)稱，ZB=10ZA，ZC=4ZA

電源中性點(diǎn)與負(fù)荷中性點(diǎn)的電位差為:

三相負(fù)荷電壓為:

根據(jù)功率計(jì)量公式(3)、(4)、(5)計(jì)算有功功率，分析見(jiàn)表1

表1 三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)誤差分析表

其中:誤差1是功率表測(cè)量有功功率與每相負(fù)荷實(shí)際吸收的有功功率之間的誤差;

誤差2是辨識(shí)出負(fù)荷中性點(diǎn)電位后計(jì)算得出的有功功率與每相負(fù)荷實(shí)際吸收的有功功率之間的誤差。

情況(2)ZB=2ZA，ZC=8ZA

電源中性點(diǎn)與負(fù)荷中性點(diǎn)的電位差為:

三相負(fù)荷電壓為:

根據(jù)功率計(jì)量公式(3)、(4)、(5)計(jì)算有功功 率，分析見(jiàn)表2

表2 三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)誤差分析表

由上述分析可知:三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，每相功率表測(cè)量所得的有功功率與對(duì)應(yīng)相負(fù)荷實(shí)際吸收的有功功率是不相等的。這樣依據(jù)每相單表計(jì)量值對(duì)每相用戶進(jìn)行收費(fèi)是不準(zhǔn)確的，對(duì)于用戶是不公平的。

但是在實(shí)際電網(wǎng)中，三相負(fù)荷一般情況下是未知且不對(duì)稱的，不能利用公式(3)直接計(jì)算三相負(fù)荷吸收的有功功率?，F(xiàn)在功率測(cè)量理論中，主要利用公式(4)來(lái)計(jì)算三相負(fù)荷實(shí)際吸收的總有功功率和每相負(fù)荷吸收的有功功率，根據(jù)上面分析，在三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，這種功率測(cè)量方式是有誤差的。

基于上述功率測(cè)量方法的誤差，根據(jù)誤差校正方案，在獲取負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)電位后，根據(jù)公式(5)，可以準(zhǔn)確計(jì)算出每相負(fù)荷實(shí)際吸收的有功功率，這種測(cè)量方法是沒(méi)有理論誤差的。

3 結(jié)論

在三相四線制電路里，由于三相負(fù)荷的不對(duì)稱，使得三相負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移，從而引起三相負(fù)荷上的電壓不對(duì)稱，造成三表法測(cè)量三相四線制電路出現(xiàn)誤差。

本文針對(duì)上述功率測(cè)量誤差分析，提出三相不對(duì)稱負(fù)荷功率測(cè)量誤差校正方案:可依據(jù)實(shí)時(shí)采集的電壓、電流數(shù)據(jù)對(duì)負(fù)荷中性點(diǎn)虛電位進(jìn)行在線辨識(shí)，基于辨識(shí)出的負(fù)荷中性點(diǎn)虛電位，將三相不對(duì)稱負(fù)荷電路簡(jiǎn)化為三個(gè)獨(dú)立的單相電路，可改善三相負(fù)荷總有功功率和每相單表對(duì)每相用戶負(fù)荷有功功率的計(jì)量精度。難點(diǎn)在于在三相負(fù)荷位置的情況下，如何利用采集的電壓、電流數(shù)據(jù)辨識(shí)出負(fù)荷虛擬中性點(diǎn)的電壓，作者將會(huì)針對(duì)這一問(wèn)題，做出更深入的研究，將本文提出的誤差校正方案變?yōu)樘岣吖β视?jì)量精度的行之有效的方法。

［1］柳信維，楊浩，殷家敏.三相不對(duì)稱負(fù)荷的計(jì)量誤差分析［J］.重慶電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2011，(2):80-82.

［2］梁英杰.三相四線系統(tǒng)負(fù)荷三相電壓不平衡分析及應(yīng)對(duì)措施［J］.中國(guó)電力教育，2010，(36):258-260.

［3］周守昌.電路原理［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［4］張明金.對(duì)三相電路有功功率測(cè)量方法的探討［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2008，(10):126-128.