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對稱分量法是分析不對稱故障的常用方法,根據對稱分量法,一組不對稱的三相量可以分解為正序、負序和零序的三相對稱分量,將電網等效為各分量下的等效序網絡后,就可以對電力系統的各種不對稱運行及不對稱故障情況進行分析。但是,傳統的對稱分量法定義在頻域范圍,用相量表示,在進行對稱分量分析時,需要計算各個相量的模值和相位,故只能應用于電力系統不對稱運行或不對稱故障的穩態分析中,而無法應用于系統的暫態分析。
而在電力電子裝置控制系統設計過程中,對暫態不對稱運行或者不對稱故障分析格外重要(比如SVG、HVDC等),我們需要各個分量的瞬時值,利用電壓或電流的瞬時值構造相應的無延時旋轉相量,再利用這些旋轉相量進行對稱分量變換,獲取各個序分量的瞬時值。
在三相電路中,對于任意一組不對稱的三相相量(電壓或電流),可以分解為三組三相對稱的相量,當選擇a相作為基準相時,三相電流相量與其對稱分量之間的關系(以電流為例)為
(1)
(2)
令三相不對稱電流的瞬時值為
(3)
式中,Ia,Ib,Ic分別表示三相電流的瞬時值;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。
設與三相電流Ia,Ib,Ic所對應的旋轉相量分別為
(4)
由上式可知,旋轉相量的虛部的系數就是三相電流的瞬時值,只要求出這些相量的實部就可以確定這些向量。而相量實部的求取可以根據三角函數的關系式,可以求導法完成。
分別對三相電流求導可得
(5)
三相電流的導數是對應旋轉相量實部的ω倍,由此,可以利用導數構造三相電流的旋轉相量。在實際工程的應用中,求導可以在離散數字量的基礎上用差分方法完成,即
(6)
式中, Δt為計算步長,ia(t),ib(t) ,ic(t) 分別為三相電流的當前步長的瞬時值;ia(t-Δt),ib(t-Δt) ,ic(t-Δt)分別為上一步長三相電流的瞬時值。
基于所構造的旋轉相量,將式4代入式1和2,經過整理可分別得到三相電量的正序、負序和零序分量的瞬時值:
整體控制框圖為:
為了驗證上述方法可行性,在simulink搭建一個簡單的三相不對稱電路,電網電壓為380V,三相負載分別為:1Ω+2mH,2Ω+2mH,1Ω+1mH,三角接法。對其電流進行分析,仿真結果如下 :
上圖為電網電路,從仿真結果可以看出,由于三相負載不對稱,故三相電流不對稱。
上圖分別為正序、負序和零序的電流,從仿真結果顏色可以看出,第一個仿真結果為正序(順序為藍黃粉),第二個仿真結果為負序(藍粉黃),由于負載為角接,故零序為0,即第三個仿真結果。
為了驗證分離后的電流正確性,分別將abc三相的正序和負序求和,與原電流進行疊加比較,上圖為ABC三相原電流和正負序電流求和的疊加波形,從仿真結過可以看出,求和值和原電流完全吻合,證明分離后的正序、負序和零序結果正確。