FBD法在單相供電系統(tǒng)中的運用

胡建平

摘要：為了供電系統(tǒng)得到更好的監(jiān)測，本文在研究過程中，在FBD法的基礎上詳細分析了補償電流監(jiān)測的方法，在單相供電系統(tǒng)中進行了研究，大大拓展了FBD法的應用范圍和領域。并設計出了電流監(jiān)測方法與技術框圖，對單相供電系統(tǒng)的電流監(jiān)測提供了較完整的體系。

關鍵詞：FBD法 ?等效電路 ?電流參量

0 引言

單相供電在日常生活中到處可見，如生活用電，鐵路供電等等。目前在供電系統(tǒng)普通使用的檢測方法是基于無功瞬時原理，利用電磁關系，能量等效轉換原理對其進行檢測，但該理論具有一定局限性，其只能用于對稱三相線路之中，而不能用于單相用電系統(tǒng)之中。而在日常供電系統(tǒng)中我們所使用的是三相電源中的一相，對于這種情況，由學者F.Buchholz和M.Dpenbrock等人提出的一種新的時域法即FBD法。這種算法具有理想的實時適用性，并且使用范圍廣，不僅僅能在三相電路中運用，而且適合別的供電系統(tǒng)。本文提出的方法就是基于FBD算法的新型電流檢測方法。

1 FBD算法的介紹

FBD算法的核心方法就是利用等效原理先將實際電路中的各種負載看成理想的電器元件，如將電源看作電流源或電壓源，將電機看作電感元件，燈炮看作電阻元件等。將實際電路理想化。再將理想化的實際電路進行等效變換成簡單電路，最后將原電路中的損耗功率折算到這些理想原件上，再將加載到這些理想原件的電流利用電導等效原理進行分解，最后聯(lián)系實際電路對分解后的各個分量電流的性質進行研究。注體方法是把任一個實際系統(tǒng)等效成為一個存在的N相系統(tǒng)，電能也隨著實際系統(tǒng)轉移傳遞到理想化之后的簡化負載系統(tǒng)，具體等效簡化電路如圖1所示：

圖1 ?等效電路圖

圖1所示等效電路中，系統(tǒng)總電壓：u=（u1，u2，…un）T，系統(tǒng)總電流：i=（i1，i2，…in）T。詳細定義為：

總功率計算式（瞬時）：

P∑（t）=〈i，u〉=ui=P（t）（1）

時總電壓計算式（瞬時）：

u==（2）

等效電導計算式（瞬時）：

Gp（t）==（3）

Gq（t）==（4）

由（2）和（3），可知推出系統(tǒng)的功率電流為：

ip=Gp（t）u（5）

由此可得，功率電流ip是與實際系統(tǒng)中電流i所發(fā)生的相等的瞬時功率所需要的電流分量值：

P（t）=〈i，u〉=〈ip，u〉=ui（6）

無功率電流iq是總電流減去功率電流ip之后剩余值，即iq=i-ip，無功功率電流與u在相位相差90度，具體表達式如下：

P∑q（t）=〈ip，u〉=〈iq，u〉=0（7）

2 FBD算法在系統(tǒng)中的應用

基于FBD算法的供電系統(tǒng)，電流實時監(jiān)測方法基本原理，是根據上面介紹的m相系統(tǒng)類推過來的，只需把上面的m等于1即可，該方法不需要進行復雜的矩陣變換，可以直接檢測出基波正序有功和無功電流分量。首先規(guī)定圖1中的m=1，然后利用FBD法就可以檢測單相系統(tǒng)中的功率電流，同時，可以令功率電流分為兩部分，一部分為線性部分i，另一部分為非線性ih，由以上可推以下等式（8）：

ip=Gp（t）u=u=u=u+

u=if+ih（8）

上述表達式的諧波部分由于單相系統(tǒng)諧波含量低，所以此時不考慮，這是因為在單相供電系統(tǒng)中由于部分負載呈高容性或高感性，會造成電流具有部分諧波分量，但一般只含有3次諧波電流，它們僅為基波電流的6%以下。所以對于式（8）只需要考慮用RPC調動基波線性電流分量即可。

由于單相系統(tǒng)的功率因素還不能達到1，在這種情況下，要對無功電流分量進行補償，這種無功電流分量在實際電力系統(tǒng)中，是不做功的，它的主要作用在于使電流與電壓之間產生相位差。

從上面的分析可知，在對該系統(tǒng)進行檢測時，要把如下幾種電流作為參量進行檢測：無功電流，有功電流和基波電流。其中，有功電流主要的作用是調節(jié)電流幅值，無功電流對電流相位的調節(jié)發(fā)揮著重要作用，基波電流是在新型負序和諧波抑制變壓器中僅需RPC系統(tǒng)的補償分量。按照FBD法的相關原理，以及在單相系統(tǒng)實際應用過程中的規(guī)定，可以得出單相系統(tǒng)有功電流檢測框圖，如圖2所示。

在本文的分析討論過程中，使用FBD法，能夠檢測出有功電流改變的電流幅值。在下面的分析過程中，主要介紹無功電流的基本檢測方法，根據前面的論述可知，無功電流的主要作用在于調節(jié)電流相位，根據FBD法檢測原理在單相系統(tǒng)中的應用原理，可得單相系統(tǒng)中無功電流分量檢測方法框圖如圖3所示。

圖3 ?單相系統(tǒng)無功電流檢測框圖

由于在單相供電系統(tǒng)中，變壓器需要用RPC補償的電流分量都為基波電流，具體檢測方法框圖如圖4，其為該新型負序和諧波抑制變壓器系統(tǒng)中的基波檢測模塊框圖。其中的變化矩陣為關于正余弦的矩陣。

圖4 ?單相系統(tǒng)中的基波電流檢測框圖

3 結束語

隨著我國電力工業(yè)技術的進步，一些電力系統(tǒng)中原有的檢測技術也需要不斷更新，只有這樣，才可以提升整體供電系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。本文首先引目前供電系統(tǒng)電流監(jiān)測所用方法，在此基礎上，重點對FBD電流檢測方法做了介紹，在分析討論過程中，對單相供電系統(tǒng)中直接法和間接法電流的檢測方法做了詳細總結，在此基礎上，提出了系統(tǒng)中的RPC系統(tǒng)的有功調節(jié)方法，電流檢測方法框圖和補償電流控制策略等，這樣，基本上可以實現對電力系統(tǒng)檢測技術的全方位覆蓋，能夠保證供電系統(tǒng)的安全運行。

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