FBD法在单相供电系统中的运用

胡建平

摘要：为了供电系统得到更好的监测，本文在研究过程中，在FBD法的基础上详细分析了补偿电流监测的方法，在单相供电系统中进行了研究，大大拓展了FBD法的应用范围和领域。并设计出了电流监测方法与技术框图，对单相供电系统的电流监测提供了较完整的体系。

关键词：FBD法  等效电路  电流参量

0 引言

单相供电在日常生活中到处可见，如生活用电，铁路供电等等。目前在供电系统普通使用的检测方法是基于无功瞬时原理，利用电磁关系，能量等效转换原理对其进行检测，但该理论具有一定局限性，其只能用于对称三相线路之中，而不能用于单相用电系统之中。而在日常供电系统中我们所使用的是三相电源中的一相，对于这种情况，由学者F.Buchholz和M.Dpenbrock等人提出的一种新的时域法即FBD法。这种算法具有理想的实时适用性，并且使用范围广，不仅仅能在三相电路中运用，而且适合别的供电系统。本文提出的方法就是基于FBD算法的新型电流检测方法。

1 FBD算法的介绍

FBD算法的核心方法就是利用等效原理先将实际电路中的各种负载看成理想的电器元件，如将电源看作电流源或电压源，将电机看作电感元件，灯炮看作电阻元件等。将实际电路理想化。再将理想化的实际电路进行等效变换成简单电路，最后将原电路中的损耗功率折算到这些理想原件上，再将加载到这些理想原件的电流利用电导等效原理进行分解，最后联系实际电路对分解后的各个分量电流的性质进行研究。注体方法是把任一个实际系统等效成为一个存在的N相系统，电能也随着实际系统转移传递到理想化之后的简化负载系统，具体等效简化电路如图1所示：

图1  等效电路图

图1所示等效电路中，系统总电压：u=（u1，u2，…un）T，系统总电流：i=（i1，i2，…in）T。详细定义为：

总功率计算式（瞬时）：

P∑（t）=〈i，u〉=ui=P（t）（1）

时总电压计算式（瞬时）：

u==（2）

等效电导计算式（瞬时）：

Gp（t）==（3）

Gq（t）==（4）

由（2）和（3），可知推出系统的功率电流为：

ip=Gp（t）u（5）

由此可得，功率电流ip是与实际系统中电流i所发生的相等的瞬时功率所需要的电流分量值：

P（t）=〈i，u〉=〈ip，u〉=ui（6）

无功率电流iq是总电流减去功率电流ip之后剩余值，即iq=i-ip，无功功率电流与u在相位相差90度，具体表达式如下：

P∑q（t）=〈ip，u〉=〈iq，u〉=0（7）

2 FBD算法在系统中的应用

基于FBD算法的供电系统，电流实时监测方法基本原理，是根据上面介绍的m相系统类推过来的，只需把上面的m等于1即可，该方法不需要进行复杂的矩阵变换，可以直接检测出基波正序有功和无功电流分量。首先规定图1中的m=1，然后利用FBD法就可以检测单相系统中的功率电流，同时，可以令功率电流分为两部分，一部分为线性部分i，另一部分为非线性ih，由以上可推以下等式（8）：

ip=Gp（t）u=u=u=u+

u=if+ih（8）

上述表达式的谐波部分由于单相系统谐波含量低，所以此时不考虑，这是因为在单相供电系统中由于部分负载呈高容性或高感性，会造成电流具有部分谐波分量，但一般只含有3次谐波电流，它们仅为基波电流的6%以下。所以对于式（8）只需要考虑用RPC调动基波线性电流分量即可。

由于单相系统的功率因素还不能达到1，在这种情况下，要对无功电流分量进行补偿，这种无功电流分量在实际电力系统中，是不做功的，它的主要作用在于使电流与电压之间产生相位差。

从上面的分析可知，在对该系统进行检测时，要把如下几种电流作为参量进行检测：无功电流，有功电流和基波电流。其中，有功电流主要的作用是调节电流幅值，无功电流对电流相位的调节发挥着重要作用，基波电流是在新型负序和谐波抑制变压器中仅需RPC系统的补偿分量。按照FBD法的相关原理，以及在单相系统实际应用过程中的规定，可以得出单相系统有功电流检测框图，如图2所示。

在本文的分析讨论过程中，使用FBD法，能够检测出有功電流改变的电流幅值。在下面的分析过程中，主要介绍无功电流的基本检测方法，根据前面的论述可知，无功电流的主要作用在于调节电流相位，根据FBD法检测原理在单相系统中的应用原理，可得单相系统中无功电流分量检测方法框图如图3所示。

图3  单相系统无功电流检测框图

由于在单相供电系统中，变压器需要用RPC补偿的电流分量都为基波电流，具体检测方法框图如图4，其为该新型负序和谐波抑制变压器系统中的基波检测模块框图。其中的变化矩阵为关于正余弦的矩阵。

图4  单相系统中的基波电流检测框图

3 结束语

随着我国电力工业技术的进步，一些电力系统中原有的检测技术也需要不断更新，只有这样，才可以提升整体供电系统运行的安全性和稳定性。本文首先引目前供电系统电流监测所用方法，在此基础上，重点对FBD电流检测方法做了介绍，在分析讨论过程中，对单相供电系统中直接法和间接法电流的检测方法做了详细总结，在此基础上，提出了系统中的RPC系统的有功调节方法，电流检测方法框图和补偿电流控制策略等，这样，基本上可以实现对电力系统检测技术的全方位覆盖，能够保证供电系统的安全运行。

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