电压选择（精选十篇）
电压选择 篇1
目前，在我国已初具规模的城乡电网中，以220 kV、330 kV、500 kV作为超高电网输电电压，全国大部分地区都采用35 kV与110 kV(东北地区用66 kV)为高压配电电压，以10 kV为中压配电电压，220/380 V为低压配电电压[1]。除东北地区实行220/66/10/0.38 kV四级电压制外，全国大都采用220/110/35/10/0.38 kV五级电压制式。中压配电电压在高低压配电电压之间起着承上启下的作用。现阶段我国大都采用10 kV作为联系和沟通高低压配电网的中间电压。
近20年来，随着全国城乡电网的不断扩大及用电负荷的快速增长，10 kV配电网的不适应性日益突出，如线路的输送能力和供电距离达不到要求，线损率过高，电压质量过低等弊端日益显著，为解决10 kV中压配电网所存在的不合理性和不足之处，使电网适应国民经济和社会发展的需要，将我国城乡电网中压配电电压提高为20 kV，采用和大力推行20 kV配电网建设是大有必要的。
1 20 kV电压等级相对于10k V电压等级的优越性[3,4]
1.1 提高中压网络的传输能力
线路最大传输功率为：
式中：UN为中压配电网额定电压;Ij为线路导线在环境条件下的持续载流量。
假设原有线路导线路径不变，中压配电电压由10 kV升至20 kV时，则
即升压后的传输能力提高一倍。
1.2 减少电压损耗
电压损耗百分比(%)为：
式中：RΩ、X分别为配电线路的总电阻、电抗;P、Q分别为配电线路传输的有功、无功功率;
假设原有配电线路路径不变，负荷大小不变，则升压前后电压损耗之比为：
由上式可知，在负荷不变的条件下，电压由10 kV升至20 kV后，线路的电压损耗减少75%，在同样输送功率，供电半径不变的情况下，应用20kV电压比10 kV电压等级更能保证电压质量。
又由式：
得
式中：r、x分别为为单位长度线路的电阻、电抗;R为供电半径。
由上式可知，在负荷不变的条件下，假设10 kV与20 kV线路电压损耗相同，则20 kV电压比10 kV电压等级线路的供电半径大一倍，则供电面积可增加3倍。
1.3 降低电网的电能损耗
线路的电能损耗公式为，而，则，即在原有供电线路路径不变，负荷不变的条件下，20 kV电压比10 kV电压等级的线路损耗降75%，而当20 kV线路的供电半径增加1倍时，线路损耗降低50%。
2 电网经济性比较
根据工程经济学的观点，通常以电网单位供电面积年费用作经济比较来选择电网电压等级，其中年费用包括各项电力工程的建设投资以及各工程的折旧维护费用和电能损耗费用[5]。
2.1 数学模型
假定电网成辐射状，负荷在供电区域内均匀分布，供电点设在供电区域的中心，且在规划的抵偿年限内，以单位供电面积最小为目标函数，在此假定条件下，建立数学模型如下：
目标函数：
式中：ZB,ZX,ZW分别为各级电网变电站、线路、无功补偿设备投资(万元/km2);Kd为投资等年值系数;i为投资年收益率，一般取10%;n为投资收益年限，一般取25年;Kv1,Kv2,Kv3分别为变电站、线路、无功补偿设备年维修率;Fbs,Fxs,Fws分别为各级电网变电站、线路、无功补偿设备总的年电能损耗费(万元/km2)。其中各项费用均为单位供电面积内的年费用。
约束条件;供电电压允许偏差值应符合GB12325-1990的要求，即：380 V为+7%～-7%;10 kV为+7%～-7%;220 kV、110 kV、66 kV和35 kV均为正负偏差绝对值之和小于10%。对于20 kV有文献指出：用户受端电压容许波动幅度为系统额定电压的±5%，即(20±1)k V。根据电压允许偏差值，分别在最大和最小负荷时，对各个电压等级线路的末端及首端进行约束。
以500/220/110/20电压制式为例，采用上述方法建立数学优化模型，如下：
式(1)和(2)分别为对220 kV线路末端与首端进行的约束，对110 kV、20 kV线路约束方式与此相同。式中x1,x2,…,x6分别为各电压等级线路经济供电半径及经济功率因数;ΔUA为电网电源端的电压偏移百分数值;ΔUN500为500 kV变压器额定变比升高值;ΔUJ500为500 kV变压器的分接头值;ΔUK500为500 kV变压器绕组最大负荷时电压损耗值;ΔUL220为220 kV线路最大负荷时电压损耗值。线路电压损耗公式为：
本模型属于一类带约束的非线性规划问题，采用适合解决此类问题的优化算法—罚函数内点法来求解.根据冀北电网实际运行参数，来求解模型。表1为500/220/110/20 kV电压制式各电压等级线路的经济供电半径优化结果：
2.2 电网总投资计算
根据以上方法所求得的电网经济技术指标，可对供电区域电网进行整体规划和布局，进而计算整个电网总费用。
(1）经济因素计算
根据所求的经济供电半径，以及文献中所提到的供电区域划分原则[5]，将圆形区域由内向外进行划分，如图1所示，将500 kV电源二次侧220 k V出线的供电范围划分成i个负荷带，第i个负荷带iB内变电站个数Ni=PiKp/Sb=8i，式中：iP为第i负荷带的有功负荷功率，kW;Kp为容载比;Sb为变电站的容量。每负荷带进线条数为Ni，每回长度为相邻负荷带中心间的距离。以此类推，以下各级网络布局方式与设计思路与220 kV网络相似。
单级电网单位供电面积总费用公式为：
则整个网络单位供电面积年费用为：
(2）配电方案经济分析与比较
根据电网电压制式优化配置方案[6,7]，将采用所建模型对500/220/110/35/10 kV、500/220/110/10kV、500/220/110/20 kV等五种优化方案进行经济分析和比较，所得结果见图2所示。
通过上述图表的对比与分析，对各方案作出经济技术评价并得出如下优选结果：电能密度较小时，七种方案经济性相差不大，而随着电能密度的增大，从图中可以看出，采用500 kV作为供电电源的五种方案中，500/220/110/20 kV电压配置方案经济性最好，500/220/66/20 kV次之，500/220/110/35/10k V经济性最差，因此，中压采用20 kV配电方案都是经济有效的，配电网中应尽量避免采用110/35/10 kV配电方式。
3 结束语
中压配电电压等级引入20 kV[8]，从农村电网发展及负荷增长的角度分析，具有一定的必要性，在技术上，从提高中压配电网的容量，降低线路电压损失，增大配电网的供电半径，降低线损等方面进行比较，都比10 kV等级更具可行性，能够满足配电网快速发展的需要，并且通过对不同电压等级中压配电网的经济投资分析，论证了20 kV等级电网比10 kV电网具有更大的经济优越性，因此，在今后农网发展过程中，对于新开发地区，应根据当地经济情况，率先采用20 kV中压配电电压，对于需要在110/35/10 kV基础上改造的地区，110/10 kV更具优势，而对于现行电压为10 kV的地区，应因地制宜，适时将10 kV中压配电电压提高到20 kV，使配电网运行更安全，经济，可靠。
参考文献
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电压、电压表教案 篇2
教学目的
1．知道电压的作用。知道电源是提供电压的装置。
2．知道电压的单位。能对电压的不同单位进行变换。
3．记住干电池、家庭电路的电压值。教具
U形管连通器一个，干电池一节，小灯泡一个，开关一个，导线若干条。教学过程
1．复习
(1)把一节干电池、小灯泡、开关放在示教板上，请一位同学按所画电路图，用导线将电路连接起来(连接电路之前，开关应当是断开的)。
(2)提问：什么叫电路，它由哪几部分组成？
2．引入新课
演示：闭合示教板上电路中的开关，灯泡亮了，说明电路中产生了电流。
提问：电流是怎样形成的？
取下电路中的干电池，闭合开关，灯泡不发光。
提出问题：在这种情况下，为什么电路中不能形成电流，电源的作用是什么？
3．进行新课
为了说明在什么情况下才能形成电流，我们先用水流作比喻，看看水流是怎样形成的？
提问：将装有水的U形管连通器的底部用止水钳夹住，两管内水面相平。打开止水钳，两管内的水会不会发生流动？
演示：向U形管左管内加水，使左管水面高出右管水面(图1)。(提问：打开止水钳，两管内的水会不会发生流动，如果发生流动，水怎样流动？)打开止水钳，水从左管向右管流动。
提出问题：为什么在连通器里的水面相平时，水不发生流动，而在左管水面高时，水从左管流向它的右管？U形管中的水能不能持续不断地流动？
(利用投影幻灯片或电脑设计程序表现出连通器水流的动态过程，反映出在这一过程中，水位的变化和连通器底部液片受到的压强变化的情况。见图2所示。)
可见，水位差(又叫水压)是使水定向流动形成水流的原因。
下面我们再来看一看如图3所示的复合投影幻灯片(或用电脑设计程序表示出它的动态过程)。
甲图中A处的水位高于B处的水位，打开阀门，管中的水从A处通过涡轮向B处流动，水的流动使涡轮转动。A处的水面下降，B处的水面上升，当A、B两处水面相平时，水位相同，水停止流动，涡轮不再转动，幻灯片要显示上述过程。可见，水位差(水压)使水管中形成水流。
现在，我们用一台抽水机不断地把水从B处抽到A处(如图3乙所示，将抽水机置入，同时表现出抽水的动态情况)、使A处的水总比B处的水位高，由于水管两端总保持一定的水位差(水压)，于是水管内就有持续的水流。
下面我们来看看图4所示的电路(示数板上接好的简单电路)的情况。
电源的正极聚集有大量的正电荷，负极聚集有大量的负电荷，在电源的正、负极之间就产生了电压。这个电压使电路中电荷发生定向流动，使正电荷从正极流向负极，或者使负电荷从负极流向正极，于是在电路中产生了电流。
可见，电压是使电路中形成电流的原因。
在电路中，电源在工作时不断地使正极聚集正电荷，负极聚集负电荷，保持电路两端有一定的电压，使电路中有持续的电流。电源是提供电压的装置。
板书：<电压使电路中形成电流，电源是提供电压的装置。电压用符号U表示>
在图3所示装置中，不同的抽水机可以在水管两端产生不同的水位差，即大小不同的水压。同理，不同的电源可以在电路的两端产生大小不同的电压，为此，首先要确定电压的单位。在国际单位制里，电压的单位是伏特，简称伏(V)。此外，常用单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)等。介绍它们的换算关系。
板书：<在国际单位制里，电压的单位是伏特(V)>
看课本几种电压值的图。
要求记住的电压值有：
一节干电池电压：1.5伏。
家庭电路的电压：220伏。
对人体安全的电压：不高于36伏。
练习题：
(1)电压使电路中形成______，______是提供电压的装置。
(2)220伏=______千伏=______毫伏。
4．小结
这节课讲授的电压是电学中又一个重要的物理量。由于知识所限，我们用水流作比喻讲述了电压使电路中形成电流。电源是提供电压的装置。要知道电压的单位，会进行单位变换。此外，还要记住干电池和家庭电路电压值。
(四)说明
1．“电压”这堂课既是重点，又是难点，不易被学生掌握。对于初学电学的学生来说，只要求知道电压是电路中形成电流的原因，电源是提供电压的装置和电压的单位。至于电压的定义、公式和电压的单位──伏特的物理意义留待高中再讲，在这节课内不要出现这些内容，否则因难度过大使学生不能接受。
2．用水流作比喻来讲电压，对于学生来说形象、生动，容易被学生所接受。在这里利用水压引出电压，从而认识电压使电路中形成电流。
3．为了使学生便于理解，在讲水流的形成时，最好用复合幻灯片模拟出它的动态过程。有条件的，用电脑设计出程序，将有更好的效果。
实验：用电压表测电压
教学目的
1．会按照电压表使用规则正确使用电压表，会选择电压表的量程和试触，会正确读出电压表的示数。
2．会用电压表测量电池的电压。通过实验研究串联电池组和并联电池组的电压跟每节电压的关系。
3．通过实验研究串联电路、并联电路中的电压关系。实验器材
学生实验：每组一个学生电源(或三节干电池)，一只学生电压表，两个阻值不同的小灯泡，一个开关，导线若干。
演示实验：教学电压表一只，电源一个，开关一个。教学过程
1．复习
提问：
(1)怎样区分电压表和电流表？
(2)电压表和电流表在使用规则上，有哪些不同之处？有哪些相同之处？
2．引入新课
演示实验：将教学电压表通过开关与电源的正、负极相连，见图①。
提问：
(1)这种接法行不行？测出的是哪个元件两端的电压？
(2)在接线过程中要注意哪些问题？(注意：开关断开；并联在被测电路两端，电流从电压表“+”接线柱流进，从“-”接线柱流出；量程的选择和试触。)
(3)读出电压表的示数。
这个示数就是电源的电压。
3．进行新课
介绍这堂课的实验目的和所研究的内容。
实验的目的是：
(1)练习用电压表测干电池电压和一段电路两端的电压。
(2)研究干电池串联和并联时的电压关系；串联电路、并联电路中的电压关系。
这次实验分两个部分进行。
第一部分：测干电池电压，研究干电池串联、并联时的电压关系。
一、先取三节干电池，分别测出每节电池的电压。再将这三节干电池按图②串联成电池组，测出串联电池组的电压，将测得的数据记到表1内。分析串联电池组的电压跟各节干电池电压之间的关系，写出结论。
二、将两节相同的干电池按图③并联组成电池组，用电压表测这个并联电池组的电压，将测量数据填入表2内。分析并联电池组的电压跟每节电池的电压之间的关系，写出结论。
表1：串联电池组的电压
结论：________________。
表2：并联电池组的电压
结论：__________________。
第二部分：研究串联电路和并联电路的电压关系
一、按图④将L1、L2组成串联电路，用电压表分别测出：灯泡L1两端的电压U1，灯泡L2两端的电压U2，灯泡L1与L2串联的总电压U。要求：
先在作业本上画出将电压表接入电路的三幅电路图，并标出电压表的“+”、“-”接线柱。学生自己设计记录表格，做好记录后，分析实验结果，写出结论。
二、按图⑤，将L1、L2组成并联电路，用电压表分别测出灯泡L1两端的电压U1，灯泡L2两端的电压U2，A、B两点之间的总电压U。要求：
先在作业本上画出将电压表接入电路的三幅电路图，并标出电压表的“+”、“-”接线柱。学生自己设计记录表格；做好记录后，分析实验结果，写出结论。
实验完毕，断开电源，整理仪器，进行讲评。
4．小结
由学生汇报实验数据和所得到的结论。
(1)串联电池组的电压等于各节电池的电压之和。并联电池组的电压等于每节电池的电压。
(2)串联电路的总电压等于各部分电路两端电压之和。在并联电路里，各支路两端的电压相等，并且总电压等于各支路两端的电压。
练习题：(1)一个小电动机工作时，要求电源电压是6伏，要用几节干电池，怎样连接？
(2)在图⑥甲中，VA=6伏，VB=______，VC=______，在乙图中，V1=2伏，V=6伏，V2=______。
(四)说明
用电压表测电压的实验，对于大多数学生来说，并不困难。教师在教学中应注意：
1．严格要求学生按电压表使用规则进行实验操作。
电压回路与被检表接线方式的选择 篇3
【关键词】电压回路;检表;接线方式;电压指示
本文作者为了更好的介绍正确的电压回路选择与被检表接线方式，参考了大量电力资料，分析了升压电路的概念、电压选择电路的方式、电压指示指示以及被检表接线方式选择，这些内容可以指导相关人员选择出正确的检表接线方式，可以使电路中的设备正常、稳定的运行，从而提高对电能测量的准确度。
一、升压电路
升压电路是电压回路装置中常用的电路方式，在这种电路中会用到升压变压器，这种变压器的是由初级绕组抽头与次级让组抽头构成的，也有的升压变压器的次级绕组是由四种抽头构成的，这种四个抽头的绕组并不常用，这主要与其线电压有关。计算升压变压器的容量会受到很多因素的干扰，其数值并不是准确的数值，而且近似值，因为升压器的要求很多，其承受的负载也比较大，而且计算其容量的方法并不完善，这些因素都影响了升压变压器容量计算的精准度。在设计升压变压器时，需要考虑很多因素，其中变压器采用的铁芯应选择厚度为0.35mm的圓环铁芯，这种铁芯是由冷轧硅刚片制成的，其磁感应强度与导磁率都比较大。采用这种铁芯可以有效的降低其功耗，还能改善升压变压器输出电压的波形，使输入与输出的电压差距变小。另外，设计升压变压器时还要考虑每伏的匝数，在升流变压器中，每伏的匝数的选择需要满足运行时噪音小的原则，其升温是的幅度比较小的。在升压变压器中，如果每伏的匝数选择比较少，则会增加其运行时发出的噪音，还会影响其磁感应强度的大小。最后，导线的电流密度也对升压电压表的影响很大，为了保证升压电压表的运行质量，应选择密度小于1.5A/mm2的电流。
二、电压选择电路
电压回路装置中，电压输出端也就是电压输出的接线端，线路中的电压在接线端与被检表接线端连接时，其幅值与相位可以在被检表中显示出，所以，保证被检表接线方式的正确性，对测量电能的准确值有很大影响。这种装置的电压回路一旦出现故障，可以对电压输出端的向量进行检测，在根据开关接点的通断方式检查故障发生的原因。在检测时，可以利用被检表要求的接线方式进行排查，这样可以很好的满足电能表的测定要求，不需要装置的其他量程方式或者接线方式，这样可能会干扰检测数值的准确性。
三、电压指示与对称指示
1、电压指示
电压指示需要利用多种电压表，这些电压表的类型有指针式的，也有数字式的，数字式比较智能化，不同类型的电压表需要运用在不同的线路中，只要满足相关要求，显示出准确的数据就可以。这种电压表在读数时采用的仪表有直读方式、百分数读值方式，两种仪表都有着一定优势以及使用条件，采用直读式仪表可以降低量程选错的概率，还能提高测定结果的准确性，避免由于电压过高而对仪表造成损坏;百分数仪表具有操作简单，读数方便的优点，其可以提高检测人员的工作效率。
被检表接线的方式主要有两种，其一，线路可接在升压变压器的次级端口，其二是接在互感器的初级接口，这两种方式都可以准确的指示电压，接线方式不同，指示的线电压也会出现变化。为了使装置中的电压可以稳定工作，必须保证电能表在启停电压的状态下，功率表极性的变化不会影响到电压。
2、对称指示器和对称指示仪表
在正常的电力线路中，电力装置具有对称指示器以及监视对称指示仪表。其中对称指示器的主要功能是指示三相电压的相位，使其达到对称的要求。对称指示器的刻度通常都是不均匀的，其一般安装在三相变压器的缺口位置，其可以在电压不稳定的环境下承受较高的电压，当三相电压趋于平衡后，其会达到较高的分辨率以及灵敏度。由于变压器的三个绕组不一定平衡，而且对称指示器又有内阻。普通的电压表或对数刻度的电压表代替对称指示器，实用效果都不理想所以目前装置上很少应用。用三只相同的电压表接在各相的相电压上，用调压器把各相的相电压调到相同示值，再用转换开关把三只电压表改接到相应的线电压上。
四、被检表接线方式的选择
被检表接线方式选择的设计是装置设计最主要的部分，一般来说，标准表和被检表使用相同的接线方式，这样使装置各项影响带来的误差。对于标准表和被检表来说大小是相近的，符号是相同的，这样可以有效地提高装置的精度，就如同长度计量中使用的阿贝原理相类似。但是在目前的情况下，电能表的特殊性在于，它分为有功和无功电能表，有功电能表是余弦式的，从准确度高的0.005级到2级系列齐全，但是，无功电能表只能生产0.5级到3级，而且大多数使用有功表依靠改变接线测量无功，这些表很少正弦式的，都不能作标准表，需要用余弦式的标准有功电能表靠改变接线的方法来检定无功电能表。
1、检定单相有功电能表的接线
单相装置和三相装置检定单相表时的接线一般有两种：经互感器扩展量程的和不经互感器扩展量程的。图中可以看出单相装置的典型接线图也是虚负荷法检表的典型接线图，在不经互感器扩展量程的单相装置，电流回路和电压回路分别由电源供给、相位角φ由内电源调节，与负载的容量和功率因数无关。在电流回路中，标准表的电压的电流线圈与被检表的电流线圈直接相串联，标淮表的电压线圈与被检表的电压线圈直接相关联，这样的接线没有方法原理误差。在经感器扩展量程的装置中，被检表所加的电压为U1，标准表所加的电压为U2，被检表所通过的电流为I1，标准表所通过的电流为I2。
2、单相装置的综合误差
装置误差的评定方法有很多，其中较为常用的是误差综合计算法和装置的误差综合计算是最简单的，因而也是最典型的，装置其他接线的方法虽然复杂，但就其实际而言，主要是分元件计算，也就是分解为单相装置的误差计算方法，然后合成，所以，弄清单相误差综合计算方法是很重要的。
五、结语
综上所述，在电力系统中，想要保证电路的安全性以及稳定性，必须对电压回路以及被检表接线方式做出正确的选择，这样才能保证装置运行的稳定性。本文介绍了升压电路在设计时需要注意的问题，电压选择电路的方法以及电压指示的不同仪表类型与适用条件，分析了被检表接线方式的选择，以供相关人员参考与借鉴，希望可以避免电力人员仪表选择失误，或者接线方式出现错误的情况，从而使我国的电力系统更加安全、稳定的运行。
参考文献
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并联APF直流侧电压选择新方法 篇4
现实生活中大量非线性电力电子设备的广泛应用, 使得电网中电压和电流波形畸变越来越严重, 谐波水平不断上升。尤其是传统的相控整流器, 向电网中注入了大量的谐波电流, 其后果相当严重, 可能会引起继电保护装置和自动装置的误动作、增加设备的附加损耗和发热造成设备故障、对通信设备造成干扰降低通信质量等问题[1,2,3,4]。
有源电力滤波器具有补偿谐波电流、电压、无功功率等功能, 按其结构和连接方式可分为并联型和串联型。并联型APF主要是补偿谐波电流而串联型APF主要是补偿谐波电压。在并联型APF中, 直流侧一般采用直流电容器而不是直流电源作为储能环节, 按照PWM控制规律, 逆变器的直流侧电容电压就必须保持恒定, 从而提供一个电压基准。但是由于有源电力滤波器本身存在由于线路电阻和开关损耗带来的有功损耗以及在工作状态变化时有时需从系统吸收一定的有功功率, 可能引起直流侧电容电压的波动或出现欠压, 以至于影响APF的正常工作[1,3,4]。直流侧电容电压与电容的容量、输出侧电感选取等有关, 因此它的选取至关重要。
1 改进的基于矢量分析的直流侧电容电压选取方法
并联型APF具有结构简单、质量轻、损耗小、价格便宜以及容易多重化从而降低开关器件频率等优点, 因此一直是人们研究的重点[1,2]。它的拓扑如图1。
根据上述拓扑可以得出下例表达式[5]:
IC为实际补偿电流矢量;U为逆变器交流侧输出相电压矢量;E为电网电压矢量, 故式 (1) 简化为
三相全桥逆变器共有八种开关组合:其中六个为非零矢量即U軑i (i=1, 2, 3, 4, 5, 6) , 两个零矢量。由于六个非零矢量具有相同的幅值, 可以任选一个矢量求取:
2 实例计算
假设非线性负载为三相桥式整流电路, 对a相电流ia进行傅立叶分解并假设只对23次以下谐波进行补偿[7,8]:
由式 (12) 可得补偿电流及其变化率:
取λ=0.4, tc=1/15000s, 通过Matlab编程得到, y-ωt在一个周期的曲线如图2所示。
由图可得到ymax=0.4037
同理可计算得当补偿谐波次数达到25次时电容电压需满足
在实际工程当中考虑到并联有源电力滤波器的并网并能够产生补偿电流, 逆变器的输出相电压要不小于网侧的相电压, 而三相电压型逆变器输出电压基波幅值的大小与调制度和直流侧电压有关[9]。文献[9]给出三相电压型逆变器输出相电压的基波幅值在不同调制方式下的计算公式。
其中UAO1m为a相相电压基波幅值, MI为调制度, Udc为直流侧电压即直流侧电容电压值。
综上所述并考虑电网电压的波动, 在选取直流侧电压参数时留有一定的裕量即可。
在本例中选择SPWM调制方式, 补偿23次谐波时选择Udc为750V, 补偿25次谐波时选择Udc为820V。
3 MATLAB/SIMULINK仿真
图3为补偿前a相源电流波形及频谱分析。
当udc=820V, L=2m H, C=6800μF时, 补偿后a相源电流及其频谱分析如图4所示:
4 结论
仿真的结果表明, 在基于矢量分析的方法上考虑电感与电压的关系, 由此得出电容电压的参考值, 再根据电压值选取电感和电容, 可以得到更好的补偿效果。
参考文献
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实验：用电压表测电压教案示例 篇5
(二)[教学目的]
1.练习正确使用电压表。
2.研究串、并联电路中电压的关系。
(三)[教学重点]
正确使用电压表。
(四)[教学方法]
学生分组实验。
(五)[教具]
电压表一只，不同规格的小灯泡两个，干电池二个，电池夹二个，开关一个，导线若干。
(六)[教学过程]
(一)引入新课
由学生复述电压表的使用规则。
(二)新课教学
实验前仍需强调接线柱的正确使用，量程的选择、指针调零以及连接电路的要求等注意事项。
1.测电源电压
(1)分别测出每一节干电池的电压值，并记下数值(教科书第79页图6-11)。
(2)把两节干电池串联起来测总电压，并记下电压值(教科书第79页图6-12)。
(3)把两节干电池并联起来测总电压，并记下电压值(教科书第79页图6-13)。
(4)对测量值进行比较小结。
表1
2.测串联电路的电压
(1)按图1所示连好灯l1和l2的串联电路，并在图中标出电流方向。
(2)把电压表的两个接线柱分别接在a、b两点，闭合开关，测出l1两端电压u1并把它记录下来。
(3)断开开关，拆下电压表，再把两个接线柱先后分别接在c、d两点和a、d两点，分别测出灯l2两端电压u2，l1和l2两灯串联后的总电压uad，把测量值分别填入表2中。
表2
(4)分析串联电路两端的总电压跟各段电路两端电压之间的关系。
(5)结论：串联电路两端的总电压等于各段电路两端电压之和。
3.测并联电路的电压
(1)按图2所示连好灯l1和l2的并联电路，并在图中标明电流方向。
(2)把电压表的两个接线柱分别与l1、l2和ab两端相接，分别测出l1、l2及ab间的电压，把测量值填入表3中。
表3
(3)分析电压值u1、u2、uab，并找出它们之间的关系。
(4)结论：并联电路两端的电压与各支路两端的电压相等。
(5)实验完毕，整理仪器。
(三)巩固新课
引导学生解答教科书第81页习题第6题
(四)布置作业
完成教科书第80页习题1~5题。
(七)[板书设计]
三、实验：用电压表测电压
1.测电池的电压
画出表1。
2.测串联电路的电压
画出图6-3-1和表2。
3.测并联电路的电压
建筑物直流配电电压等级选择探讨 篇6
随着科技水平的不断提高,民用建筑物中直流负载的比例也不断增加,这些直流负载主要为低压直流设备、电子镇流设备、变频传动设备。其中,属于低压直流设备的有个人电脑、液晶电视、交换机、打印机等信息类设备和其他直流驱动设备;电子镇流设备主要为配备电子镇流器的荧光灯和其他气体放电灯;属于变频传动设备的有变频风机、变频水泵、变频电梯、变频冰箱、变频空调、变频洗衣机等。以上设备在接入传统交流电网时,均需要先将交流市电整流为直流电[1]。
在我国大力提倡节能减排的形势下,直流电机设备(如直流空调)、电动汽车、LED照明等直流负载也在迅速进入建筑物配电系统。因此,在低压配电系统中,除了少数必须直接采用交流驱动的设备(如消防用电机)外,直流负载所占比例较大,且该比例还在不断增大。
1 直流配电的优点及国内外现状
对于直流负载而言,采用交流配电势必要增加设备的整流单元,不但增加了设备造价,也增加了能源消耗。据有关资料显示[2],同等条件下,直流电压的安全阈值要高于交流工频电压,前者约为后者的2.4倍。由于直流输电可以不考虑电缆电抗的影响,因此在电缆截面和电压等级都相同时,直流供电的容量更大。
另外,由于负载的多样化,低压交流电网的电能质量问题日益突出,谐波干扰、无功补偿等因素使得配电系统消耗了大量电能,且随着分布式能源的不断应用与交流并网对相位和频率的严苛要求,使得分布式发电设备并网比较复杂。与之相反的是,直流供电方式并网简单,且电能质量更容易兼容分布式能源,也更容易得到保障。
随着电力电子技术的发展,直流系统实现柔性配电更为方便。还可以根据实时负载实施功率分配,也可根据负载情况控制输出电压的幅值,避免交流系统在轻载时出现回路首端电压过高的问题。
综上所述,建筑物低压配电系统采用直流配电不但能达到安全、节能、节约有色金属的目的,也能进一步满足用电负荷和配电系统的发展需求。
近年,国外研究较多的直流配电电压等级案例有:美国有关高校采用的DC380V、DC48V双直流配电方式和DC400V、AC120V交直流混合的配电方式;日本有关高校采用的干线电压为DC340V,终端电压为单相AC100V、三相AC200V、DC100V的配电结构;欧洲有关高校采用的干线电压DC750V,终端电压单相AC230V、三相AC400V、DC120V的配电结构[3];与此同时,国内有关高校也展开了相关的研究。由于各国传统交流配电电压不同,因而采取的方案也各有侧重。
本文将从电击风险、供电能力、有色金属消耗、改造成本等方面探讨符合我国国情的低压直流配电电压等级和接地形式。
2 电击防护与直流电压选择
2.1 直流电压安全参考值
由GB/T 13870.1-2008《电流对人和家畜的效应》可知,120m A被认为是直流纵向向上电流路径的安全极限值(纵向向上电流路径的参考值可以作为大多数情况下的参考[4])。同时,该文献指出,在干燥、接触面积大、直流电压125V的条件下,对电流路径为手到手的人体电阻进行测试,结果显示被测试对象中50%的电阻值≥1 675Ω(50%级阻抗值被认为是可取的[4]),以此为依据进行计算可知,一手到双脚的人体电阻为1 088Ω,通过人体的电流I=U/Z=115m A<120m A,则对于大多数测试者而言,干燥环境下站立单手接触带电体,DC125V对人没有太大的生命危险。
另外,由GB 16895.21-2011《低压电气装置》可知,当系统发生对保护导体故障或对地故障时,超过50V的交流接触电压或超过120V的直流接触电压对人体是危险的;在正常干燥环境下,对所有人而言,直流电压值不超过60V被认为是可以直接接触的电压;对于水中环境而言,直流电压值不超过30V被认为是安全电压[2](直流电压中要求纹波电压方均根值不超过直流分量的10%)。
由文献[4]可知,电压越低,电击风险越小,但传输相同功率所需要的导线截面积越大,供电半径则随之减小。供电能力与经济性是选取配电电压的重要参考指标。因而60V和30V直流电压仅可作为特殊场所的设计标准,不能作为建筑配电干线的电压等级。
由于在民用建筑中,导线不允许直接敷设在墙体或地板上,且插座均需采用安全型插座,因而民用建筑内直接接触裸露带电导体的概率较低。大多数电击情况的发生是由于设备绝缘老化,系统带电导体发生对保护导体故障或对地故障时,设备外露可导电部分或外界可导电部分的接触电位升高所致。
因此,以发生接地故障时设备金属外壳的接触电压≤120V为前提进行电压选取,可平衡电击安全和供电能力对供电电压的要求。
2.2 接地故障时的直流接触电压
对于交流220V系统,设备发生碰外壳接地故障时接触电压约为100V,远大于50V,电击危险较大[5]。
以某小区建筑物DC240V配电为例,当采用与交流电压相近的电压等级进行直流供电时,对设备发生碰外壳接地故障时的接触电压进行分析,如图1所示。
在交流接触电压的计算中,高压侧系统(归算到400V)、变压器以及母线三部分的总相保电阻对计算结果影响较小,且由于整流型直流电源采用电力电子器件,其内阻抗为非线性值。所以,在进行短路电流计算时,假设直流电源内阻为0Ω,首先计算接地故障时设备外壳的接触电压。图1中,PE线电阻RPE为0.140 9Ω,变配电所接地电阻RA和其他建筑物PEN线重复接地电阻RM、RN的综合电阻值假设为2Ω,则回路总电阻R≈0.293 7Ω,单相故障电流I=U/R=817.2A,经计算可知此时最大的接触电压Ut=I×RPE+URB=117.7V<120V。
更多的计算表明,即便参数不同时,计算结果也几乎均<120V。由于上述计算趋于保守,所以可近似认为采用240V及以下的直流电压供电且发生接地故障时,设备金属外壳的接触电压对大多数干燥环境而言是不致命的。由此可见,供电电压采用DC240V比AC220V更加安全。
3 供电能力与直流电压选择
3.1 直流电压与导体截面
由JGJ 16-2008《民用建筑电气设计规范》可知,当用电设备总容量在250k W以下时,可由低压交流电源供电。JGJ 242-2011《住宅建筑电气设计规范》中规定,每套住宅负荷不超过12k W时应采用单相供电。因此,本文选取三相设备容量≤250k W、单相设备容量为12k W的设备进行供电能力分析。
为简化计算,对于三相负荷,假设功率因数为0.8、需要系数为0.7;对于单相负荷,假设功率因数为0.85、需要系数为0.9。设计中仅按载流量选取导体截面,干线回路导体采用交联聚乙烯电缆,敷设方式为直接埋地,环境温度取30℃;单相回路导线采用无卤低烟型BYJ导线,穿管埋墙安装,环境温度取40℃。当4根以内电缆并联时,假设电缆并联敷设系数为0.8。设计中认为三相负荷平衡,干线导体有色金属总截面积只统计TN-C-S中TN-C的一段。
对于≤120V的直流电压可以采用不接地方式,只需两根导体即可;对>120V的直流电压,若采用不接地方式,当一根导体发生接地故障时,由于并不影响系统运行,系统不动作,此时,若另一根导体碰触到设备外露可导电部分,则接触电位将可能超过120V。因此,在>DC 120V电压供电的场合应增加相应的导体保护措施。保护导体的截面积选取可参照交流系统的相关规定。
对于不同的三相设备容量,当采用不同的电压供电时,电缆含铜总截面积如表1~3所示。
由表1~3可知,对于三相负荷,380V左右的电压是临界点,只有当直流电压≥380V时,才会体现出节省导体的优越性,而且电压越大,用铜量越少。
对于单相12k W,当采用不同的电压供电时,电缆含铜总截面积如表4所示。
注:电缆载流量依据《工业与民用配电设计手册》第三版,电缆直流载流量取相应工频交流载流量值,余表同此。
注:考虑导线敷设在人可触及处。
由表4可知,对于单相负荷,190V左右的电压是临界点,当直流电压大约增至240V时,才能体现出节省导体的优越性,而且电压越大,用铜量越少。
3.2 直流电压与供电半径
以负荷200k W为例进行分析。当回路电压降允许值为5%时,对于不同的配电电压,按载流量选择电缆时,计算供电半径如表5所示。
注:交流电缆压降计算依据《工业与民用配电设计手册》第三版,直流电缆压降计算依据DL/T 5044-2014[6]。
由表5可知,当采用DC 340V供电时,供电半径对于交流系统才体现出优越性,但由于此时的导体总截面大于采用交流电压时的值,只有当电压达到DC 380V时,交、直流系统的导体截面值相当。因而笔者认为只有当电压达到DC 380V时,供电半径才能体现出优越性。
4 改造成本与直流电压选择
4.1 原有设备的耐压水平
原交流220/380V系统的峰值电压为311/537V,因而可以认为原交流设备的耐压水平可以用于≤311/537V的直流系统。
由于电缆绝缘材质的特性各不相同,GB 50217-2007《电力工程电缆设计规范》中规定,直流输电电缆绝缘水平应具有能随极性反向、直流与冲击叠加等的耐压考核;使用的交联聚乙烯电缆应具有抑制空间电荷积聚及其形成局部高场强等适应直流电场运行的特性。
而由GB/T 12528-2008《交流额定电压3k V及以下轨道交通车辆用电缆》可知,相同电缆对直流的耐压能力约为工频交流电压的1.5倍,即原交流配电电缆,最高可用于330/570V直流配电系统。
综上可知,除现场电缆绝缘材料能否适用于直流场所需要进一步确定外,原有设备的耐压可满足≤311/537V的直流电压要求。
4.2 原有配电变压器的输出电压
对于三相桥式全控整流电路,当整流输出电压连续时(即带阻感负载或带电阻负载α≤60°时),平均值Ud=2.34U2cosα,式中,U2为交流侧单相电压有效值,α为触发角[7]。当触发角为0°时,最大直流输出电压为交流相电压有效值的2.34倍,而变压器二次侧出口电压一般为230V,因而整流电压平均值最大为538V,通过控制触发角可实现向下调压(PWM整流电路与此类似)。考虑到供电时的线路压降,出线端电压需要抬高5%,故采用512V及以下的直流标称电压时,可直接利用原有变压器二次侧出口电压,以减少设备投资成本。
4.3 直流电压对原有用电设备的兼容性
为交-直-交变频器、不间断电源UPS、开关电源等供电时,大都采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源。电容滤波的三相不可控整流电路输出的电压Ud范围为2.34U2~2.45U2,即空载时输出电压值较高,负载达到一定程度时便稳定在2.34倍[7]。由此可知原三相变频设备工作的直流段电压在带负载时为515V,空载时为539V。由GB 50052-2009《供配电系统设计规范》可知电动机供电电压允许5%的偏移,即交流系统正常供电时的整流电压可为489V,所以DC 480V可以满足大部分情况的用工需求。
电容滤波的单相全波不可控整流电路主要用于个人电脑、电视机、变频冰箱、变频空调等单相交流设备,其输出电压Ud范围为0.9U2~槡2 U2,即空载时输出电压值较高,负载达到一定程度时便稳定在0.9倍[7]。因而原单相用电设备的直流段电压带负载时为198V,空载时为311V。另外,对于极少数采用半波整流的充电器电路,其直流段峰值电压也为311V。
综上可知,DC 515~539V符合原有三相设备整流直流单元要求,DC 480V可以满足大部分情况的用工需求,DC 198~311V符合原有单相设备整流直流单元要求。
4.4 原敷设导体交、直流电压下的载流量
由表1~3可知,当电压达到约480V时,直流供电时选用的单根导体截面与交流系统相当,因此对于改造项目而言,采用DC 480V及以上电压供电可以减少原三相配电导体的改造成本。
由表4可知,当电压达到约190V时,直流供电选用单根导体截面时与交流系统能力相当,因此对于原单相负荷而言,采用DC 190V及以上电压供电可以减少原单相配电导体的改造成本。
5 配电电压及接地形式的初步确定
由上述分析可知,不同条件下的电压值如表6所示。
由表6可知,电压越高供电优势越明显,当电压<DC 380V时,供电能力相对不足;但当电压>DC 240V时,电击风险较大。鉴于此,采用零电位直接接地的两极直流配电形式(图2)可以较好地解决供电能力和安全性需求之间的矛盾。
由图2可知,配电电压等级宜在DC 190/380 V~DC 240/480 V的范围内。对于小功率负荷,采用单极供电;对于大功率负荷,采用双极供电(配N线或不配N线)。当两极负荷平衡时,流过N线的电流近似为零。由于现代建筑物大多采用钢筋混凝土结构,建筑物内已形成了天然的近似等电位条件,因而建筑物直流配电接地方式采用TN系统较为合理。
6 结束语
综上所述,建筑物配电系统采用不低于DC190/380V且不高于DC 240/480V的配电电压(本文推荐标称电压DC 230/460V)以及零电位参考点直接接地的双极直流配电形式比较符合我国的实际情况,在安全、节能、减少有色金属消耗、增加供电半径、兼容原有负载、减少改造成本等方面具有综合优势。但是,目前电压等级及接地形式最终仍需要在实验基础上确定。
当前环境下,建筑物低压配电可以优先尝试LED照明系统直流配电和地下汽车库充电桩直流配电。由于各项理论、技术运行经验尚不丰富、直流配电产品种类太少等因素,因此建筑物低压直流配电的研究依然任重而道远。
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电压选择 篇7
关键词：新农村电气化,线路损耗,配电网,电压等级,负荷预测
0 引言
新农村建设政策的落实,使得近年来我国农村地区经济发展迅速,县级电网(农网)的电力负荷出现快速增长。随着国家对农网改造大规模投资的完成,电网的供电能力大幅提高;同时“两改一同价”等措施,尤其是2007年以来,政府推动的“家电下乡”补贴政策使得农村电网的负荷需求快速上升。农村家电的使用日益增多,可能导致负荷出现跨越式的增长。
在新农村电气化建设的背景下,针对近年来农网负荷发展比较快的特点,电网规划除考虑电源建设以外,还应对配网采用的电压等级进行优化分析,以经济性为主要目标函数[1],进行规划方案的比较,提出适合负荷发展的规划方案。
1 农网电压等级现状
目前农网基本都采用110 k V、35 k V、10 k V、400 V四个电压等级的配电网模式,城市电网一般都采用110 k V、10 k V、400 V配网电压,近年来为了提高供电能力,降低损耗,很多大城市已经开始采用110 k V、20 k V、400 V模式,苏州工业园区的中新合作区采用了20 k V配电电压等级,1996年投运。国网公司明确要求各地在城市电网中推广采用20 k V电压等级。因此电压等级的优化选择是电网规划的重要内容。与城市电网相比,河南省的县级电网中农村负荷占有较大比重,虽然过去农村电网负荷密度较低,但近年来增长迅速,长期以来针对35 k V电压等级的存废存在较大争议,考虑到多种因素的影响,在农网中期建设规划中不宜采用20 k V电压等级,是否取消35 k V电压等级,需结合各地实际情况进行技术经济比较,最终确定适当的电压等级。
下面以河南某农网为例进行分析。
2 河南某农网负荷特点
截止2007年底,规划区已有一220 k V主供电源点,110 k V变电站一座,35 k V变电站4座,分别供A、B、C、D四个乡,2007年该地区35 k V及以上电网地理接线现状见图1。
规划区域面积为170km2,2007年总负荷为32.9 MW,负荷密度达到了193.5 k W/km2,具体数据见表1。
该地区经济发展迅速,负荷基数小但增长较快,从目前统计数据看,B站和D站的容载比已经不能满足要求。
3 规划方案的确定
两种电网规划方案中容载比按照1.8~2.1考虑[2,3]:
方案1电网建设的一般模式:对原有基础电网,随着负荷增长,若区域负荷密度达到建设110 k V变电站要求时即建设110 k V变电站,其他35 k V变电站根据负荷增长逐步扩建或增容,负荷进一步增长时再升压或新建110 k V变电站。
方案2考虑到区域负荷的快速增长以及变电站建设的长远规划,在新农村电网改造建设中,逐步取消35 k V电压等级,如果容载比不满足要求,即选址直接建设或将原35 k V变电站升压为110 k V变电站,不再对原有35 k V变电站进行扩容。至2013年两种规划方案如图2所示。该地区负荷预测结果见表2。
4 两种方案经济性比较
经济性[4]主要考虑四个方面的因素:(1)建设费用,(2)损耗费用[5],(3)运行维护费用,(4)资金的时间价值(银行利息)。
4.1 建设费用的比较
表3为河南2007年变电站及相关建设项目的平均综合造价。
按照中长期贷款的年利息为7.56%,考虑到退出设备的资金折算以及具体的土地征用情况,每年的建设费用见表4。
MW
4.2 线路及主变损耗费用比较
1)主变损耗[6,7]
按照主变损耗计算公式:ΔP=P0+β2PK式中:ΔP为有功负荷;P0为空载损耗;β为负载率;Pk为短路损耗。
35 k V原有主变为SLZ7系列。35 k V、110 k V变电站新增主变均采用SLZ11系列。一年按照8 760 h计算,1 k Wh电费按0.6元计算,可得主变损耗及资金折算见表5。
2)线路损耗[6,7]
根据负荷预测结果及线路建设情况,计算线路损耗,110 k V电压等级线路均采用LGJ-300型号的线路,35 k V电压等级的线路均采用LGJ-185型号[8]。
按照线路损耗计算公式:
式中:PL为线路负荷;U为电压;R为线路电阻;ρ为电阻率;l为线路长度;S为线路截面积。
计算结果见表6。
4.3 维护费用比较
变电站运行维护[9]是变电站的日常管理工作,是电网安全可靠运行的保障,包括一般维护费用和设备检修更新等。一般可按照一定的比例确定,结合变电站的情况,考虑到主变的容量以及所带负荷量的大小,取其一次投资的5%计算[10],可得运行维护费用见表7。
4.4 总体费用的比较
将上述两种方案的各种费用汇总,可得各方案的逐年总费用,变化趋势详见图3。
由图3可见,即便考虑资金的银行利率,随着时间的推移,方案2的经济性也比较明显。随着负荷的增大,负荷密度的增加,各区变电站远期均为110 k V变电站,35 k V变电站原有的设备和线路几乎全部退出系统,不再有使用价值。图中各年所需资金波动比较大,这是因为方案1和方案2中,变电站建设改造情况不同,所需费用也有明显差异。
5 结语
农网负荷近几年增速较快,在高负荷密度地区,电能损耗问题变得日益突出,减少变电层次是减少电能损耗的重要措施,同时会伴随着改造费用的增加。但负荷达到一定程度时都要进行升压改造,这只是一个时间问题。文中通过具体实例计算,得出在一定条件下,若不再增加35 k V变电站的投资,逐步取消该电压等级的方案,具有一定的经济可行性。
另外从逐年费用比较图中可以看出,两种方案的费用比较,在不同评价年份的结论不一样,但随着时间推移,在中长期建设周期内,随着负荷的增加,方案2的经济性表现的越来越明显。上述分析虽然针对某一地区,计算口径可能有一定偏差,但也说明在电网规划建设中,按规划原则进行电源优化建设的同时,也要进行中长期建设的经济性分析,对中间年份的过渡网架进行评估,尤其是对变电站电压等级的确定,特别对更大规模的电网建设,应该着眼于电网建设的长期建设费用的优化。电压等级的确定以及新建站的布局均需考虑长远规划,以发挥资金效益,避免电网建设的短期行为。
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电压选择 篇8
电压稳定问题是电力系统稳定的一个重要方面。为了确保系统运行在一定的安全域内,需要跟踪和控制系统的电压稳定水平。由于在电力系统中,负荷节点众多,跟踪控制全部节点的电压显然不现实。因此,可引入二级电压控制中区域划分和主导节点选取的概念[1],将整个电网划分为若干个子区域,并在每个子区域内选取能够反映本区域电压水平的节点作为主导节点。通过对这些主导节点的监控,即可实现对全网电压水平的跟踪和控制。
划分控制区域和选择主导节点是二级电压控制的基础,对其选择的合适与否,直接关系到电压控制的效果。众多聚类方法[2,3,4,5]已经应用到电压区域划分中,并取得了良好的效果。聚类算法又可分为两大类:硬分区方法和软分区方法。硬分区方法是基于古典集合理论上的一类聚类算法,它的样本点有很明确的归属,即一个样本点属于且只属于某一分区,谱系数平均距离法[6]是一种典型的硬分区算法。而在软分区方法中,样本点的归属是模糊的,它只给出样本点归属于各个分区的概率,具体的分区结果需进一步的确定,其典型代表算法为模糊聚类算法[7]。在大多数情况下软分区方法较硬分区方法更灵活、更符合实际情况。
主导节点的选择是一个典型的优化问题,关键是建立合理的目标函数。诸多文献所提方法没有涉及主导节点是否能控的问题。文献[8]在电压分区中采用可控主导节点和区域划分间的递归迭代,提出了一种综合考虑节点可控性和代表性的目标函数,能较好地体现和满足二级电压控制的相关要求。
本文将二级电压控制的相关概念应用于河南电网中,首先基于谱系数聚类算法和模糊C均值聚类算法(FCM),对河南电网进行了电压控制区域的综合划分。随后,利用一种考虑节点可控性和代表性加权的目标函数,在每个子区域内选取能够反映本区域电压水平的节点作为主导节点,为河南电网二级电压控制提供指导。
1 样本空间及灵敏度计算
1.1 负荷节点样本空间
将系统中的每个发电机对应空间中的一维,每个待分区的负荷节点看作空间中的点,可构造无功源控制的负荷节点样本空间。
具体构造过程如下:设电网内有p个发电机节点,构成集合P,有n条待分区的负荷母线,构成集合N,把集合N作为含有n个样本的样本集,现将这n个样本映射到p维几何空间中的n个点X={x1,x2,…,xn}。将每个发电机节点对某负荷节点的控制能力看作该样本点的指标,如果每个发电机对应空间中的一维,这样就可以构造一个p维的待分区节点样本空间。
在这个空间中,每个坐标轴对应一个无功源,空间中的样本点即是电力系统中的待分区节点,设点i的坐标矢量为xi={xi1,xi2,…,xip},xij表示第i个样品的第j个指标,即第j个无功源对第i个负荷样本点电压的控制能力。
1.2 控制灵敏度
要对样本空间中的负荷点进行聚类,首先要求出空间中每个样本点的坐标,即所有无功源对负荷节点电压的影响程度,这种影响程度即为控制灵敏度。
设系统节点数为n,其中PV节点个数为nPV,则在极坐标下系统潮流方程可表示为
其中:ΔP和ΔQ分别为节点注入有功和无功的变化量;Δθ和ΔV分别为节点电压相角和幅值的变化量。考虑到实际电压控制中一般只考虑电压与无功的关系,令式(1)中的ΔP≡0,得
式中,S=[JQV-JQθJ-1PθJPV]-1,反映的正是系统中节点电压对无功注入的灵敏度,称为灵敏度矩阵。其元素Sij表示节点j处的无功功率注入变化一个单位时,节点i处的电压幅值的变化量。
2 分区方法
2.1 谱系数聚类法
设样本矢量集合为X=[x1,x2,…,xn]。每个样本由m个特征量表示,Gi(k)表示第k次合并时的第i类。采用谱系数聚类法进行电压分区的步骤如下。
(1)确定最佳分区个数。
(2)初始分区,令k=0,每个负荷节点自成一类,即Gi(0)={xi}(i=1,2,…,n)。
(3)计算各类之间的平均距离[7]Dij,生成一个对称的距离矩阵D(k)=(Dij)r×r,其中r为类的个数(初始时,r=n)。
(4)找出矩阵D(k)中的最小元素,假设为Dij,则将Gi(k)和Gj(k)两类合并,于是产生新的聚类G1(k+1),G2(k+1),…。
(5)检查聚类后的个数,如果类数r大于最佳分区个数,则令k=k+l,r=r-1,并转至步骤(3);否则,停止。
2.2 FCM聚类法
FCM聚类算法是一种Picard迭代优化算法,可以表示为求目标函数为C均值的最小值[9]。设集合X={x1,x2,…,xn}是特征空间Rn上的一个有限数据样本集合,若把X划分为c类(2≤c≤n),设有个数为c的聚类中心V={v1,v2,…,vc}。
FCM的目标函数为
其中:μik表示第i个样本xi属于第k个类的概率;m为模糊加权指数[6],本文中取m=2;||xk-vi||A2=(xk-vi)TA(xk-vi)是范数内积的平方;A为范数诱导矩阵,本文中取A为单位矩阵。
3 主导节点选取方法
主导节点电压不仅要反映其所在子区域内所有节点的电压水平,而且还要易于进行电压调控。即对于每个分区应该选取最具备可控能力,同时又能代表该区域电压水平的节点为主导节点。
基于节点的可控性和代表性两个指标,可建立主导节点选择的目标函数[8]。
其中:表征节点i的可控性,SG为该区域中有控制设备的节点,其元素Sij可由系统无功和电压的关系式ΔV=SΔQ得到;表征节点i与所在分区其他节点的耦合度,Sa表示该区域所有节点,其中αij可由系统中任意两个节点电压的关系式ΔVi=αijΔVj得到;β为权重值,其值根据主导节点的可控性与可观性所占的比重确定。
4 河南电网电压分区
4.1 河南电网介绍
河南电网区域划分以500 k V电网为考虑对象,其网架结构如图1所示,共有24个负荷节点和15个发电厂母线节点。
4.2 谱系数分区结果
首先确定谱系数聚类法的最佳分区个数,在这里采用以下三类指标[6]:伪F统计量、半偏统计量和伪t2统计量。评定标准为:(1)伪F统计量衡量的是分为G个类的效果,在聚类过程中出现峰值时所对应的分类数较合适;(2)半偏统计量和伪t2统计量表示每一次合并对信息的损失程度,他们的值越大,说明这两类越不应该合并。
对应于不同分区数的三类指标值如表1所示。由表1及前述指标评定标准易知,基于谱系数聚类法的最佳分区数目应为G=10。
根据第1节提出的基本思路,得到基于控制灵敏度的聚类原始数据。利用Matlab软件完成对第2.1节所述谱系数聚类算法的实现,计算得到的分区结果见表3。
4.3 FCM分区结果
对河南电网进行FCM聚类分析应首先确定式(3)中的c值即虚拟聚类中心的个数。最佳虚拟聚类中心数需由指标值来判断。在这里选取在实际工程中应用最广泛、可靠性最高的XB指标(Xie and Beni’s Index)[9],XB值表征的是类内离差平方总和与类间离差平方总和的比值,较小的XB值对应较好的c值,对该指标的详细介绍见文献[9]。
对应不同的分区数,XB的值如表2所示。
表2中,XB指标在c=8时取到极小值,因此取c=8代入式(3)中进行计算。概率阈值为0.65,即对于第i个节点,当式(3)中的μij≥0.65时,则将节点i并入第j个类cj。若节点i对于每个类的隶属度都小于0.65,说明该节点和其他节点的耦合度都不大,宜将其单独标记,作为独立的分区。
FCM聚类法下的河南电网分区原始数据同谱系数聚类法。计算结果表明大部分节点的隶属都比较清晰,即能直接归入某一虚拟聚类中。但是对于花都和香山两个节点,它们对于每一个子类的隶属度都小于0.65,由前述规定,将它们分别单独作为独立的分区。相应的分区结果见表3。
4.4 综合分区结果
基于谱系数聚类法和FCM聚类法的两种分区结果对比如表3。
表3显示,两种分区结果基本一致,仅一处细微不同,在表中用斜体标出。根据河南电网的实际情况,马寺是一个开关站,没有接负荷,将其单独作为一个分区没有必要;另一方面,香山处于两个区域的连接处,即包含马寺、牡丹、陕州、嘉和、灵宝等节点的分区和包含平南、白河、群英等节点的分区,若将其轻易并入某个分区,则对该分区内部的紧密程度、主导节点选择等都会造成负面影响,因此宜将其单独作为一个分区。综合两类分区结果及河南电网的具体情况,最终决定采用FCM聚类的分区结果。
另外,表3中两种分区结果的基本一致性也证明了本文关于电压分区的基本思路和计算结果的有效性和正确性。
4.5 PV节点的归并
前述得到的分区结果只包含PQ节点,还需考虑系统中PV节点的归并问题。本文根据PV节点与控制区域的实际连接关系,提出了相应的归并原则:(1)仅与某个子区域电气相连时,直接将PV节点合并到该区域;(2)当PV节点与多个子区域电气相连时,将它合并到电气距离最近的PQ节点所属的区域内;(3)仅与其他PV节点相连时,将其合并到其他PV节点所属的区域内。
根据归并原则,可得到包含河南电网所有节点的分区结果,如表4和图2所示。
5 河南电网主导节点选取
主导节点的选取范围是电网的全部PQ节点。由于αik和Sij的数值不在一个数量级上,首先需将α矩阵和S矩阵进行标准化。考虑到主导节点的选取主要是为了便于电压控制,因此在目标函数中,应适当加大β值即节点可控性的权重。
在本文中,利用贪婪算法分别计算得到β值从1.2增加到2的主导节点,如表5所示。
由表5可以看出,分区3、7、8只含有单一的负荷节点,故自动成为主导节点。对于其他分区,β值从1.2变化到2时,分区2、4、5、6、9、10的主导节点选取结果没有变化,说明选出的主导节点在这些分区中有较突出的可控性和代表性。
对于分区1,在β值偏大时,主导节点选取为仓颉,当β值偏小时,选取结果为安阳。考虑到选取主导节点的目的主要是为了电压控制,应选取可控性较好的节点作为主导节点,即选取仓颉作为该区的主导节点。
最终的河南电网分区和主导节点选取结果如图2所示,图中电压控制区域用虚线框出,主导节点名称用下划线标记。
6 总结
本文将二级电压控制的相关理论引入河南电网中,分别采用谱系数平均距离法和模糊C均值聚类法对河南电网进行了电压控制区域的划分,综合两种分区方法得到了符合河南电网实际情况的电压分区结果。建立了基于节点代表性和可控性加权的主导节点选取目标函数,并对应每个分区选取出了需要监控的主导节点。最终的电网分区和主导节点选择结果将为河南电网二级电压控制提供指导。
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电压选择 篇9
电力电缆以其优越的电气、热学及力学性能和敷设容易、运行维护简单等优点在工矿企业6~35kV电力系统中得到广泛运用。GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》及DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》规定, 电力电缆在安装交接及运行中都要进行耐压试验。根据电力电缆的绝缘材料类型不同, 试验可分为2种, 即直流耐压试验及交流耐压试验。DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》规定, 纸绝缘电力电缆及橡塑电缆均须进行直流耐压试验。大量运行经验证明, 对橡塑电缆进行直流耐压试验存在许多问题, 所以GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定, 对橡塑电缆优先采用交流耐压试验。另外, 电力电缆额定电压采用U0/U表示后, 耐压试验电压便与U0、U有关, 要据此正确选择试验电压, 以免造成损失。
1 电力电缆耐压试验
1.1 直流耐压试验
20世纪, 工矿企业使用的电力电缆以纸绝缘电缆为主, 对纸绝缘电缆主要进行直流耐压试验。
直流耐压试验的优点: (1) 在进行直流耐压试验时, 可以同时测量电力电缆的泄漏电流, 通过泄漏电流的大小可以了解绝缘老化及受潮情况; (2) 所需试验设备容量小; (3) 在直流电压作用下, 介质损耗小, 高电压下对良好绝缘的损伤小。
电力电缆直流耐压试验电压标准如表1、表2所示。
单位:k V
单位:k V
1.2 交流耐压试验
在DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》中, 对纸绝缘及橡塑绝缘电力电缆均只要求进行直流耐压试验, 而在GB50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中, 要求橡塑绝缘电力电缆优先采用交流耐压试验。有关文献资料表明, 对橡塑电力电缆进行交流耐压试验的理由在于:
(1) 交联聚乙烯电力电缆结构有一种“记忆”效应, 这种“记忆性”是在直流电压作用下产生的。一旦电缆有了“记忆性”, 就需要很长时间才能将这种直流偏压释放。如果在此之前投入运行, 直流偏压便会叠加在交流电压上, 使电缆上的电压值远超过额定电压, 从而导致电缆击穿。
(2) 直流电压作用下的电缆绝缘中电场分布和交流电压下的电场分布是不同的。直流电压下的电场分布取决于材料的电阻率, 而交流电压下的电场分布既与材料的电阻率有关, 又与介电常数有关, 因此2种试验是不能完全等效的。
(3) 直流耐压试验不能有效地发现交流作用下的某些电缆缺陷。实践证明, 一些直流耐压试验合格的电缆, 投入运行后在正常的交流工作电压作用下也会发生绝缘损坏。
(4) 橡塑电缆运行中, 主绝缘交联聚乙烯会逐步形成水树枝、电树枝, 这种树枝老化过程伴随着整流效应。整流效应的存在致使直流耐压试验过程中, 在水树枝或电树枝端头积聚的电荷难以消散, 且树枝化的过程还会在电缆运行过程中加剧。
(5) 由于交联聚乙烯绝缘电阻很高, 以致在直流耐压时所注入的电子不易散逸, 它会引起电缆中原有的电场发生畸变, 导致电缆更易被击穿。
(6) 由于直流电压分布与实际运行电压不同, 直流试验合格的电缆, 投入运行后在正常工作电压作用下也会发生绝缘故障。
鉴于上述原因, 现供电部门及有条件的厂矿企业, 对橡塑电缆不再进行直流耐压试验, 而是采用20~300 Hz交流耐压试验。橡塑电缆20~300Hz交流耐压试验电压和时间标准如表3所示。
注: (1) U0为设计时采用的电缆任一线芯与金属护套之间的额定工频电压; (2) U为设计时采用的电缆任两个线芯之间的额定工频电压。
2 电力电缆耐压试验电压
在1991年以前的《电力设备预防性试验规程》中, 电力电缆的耐压试验电压仅按电力电缆的额定电压选择, 不存在U0值。而现行的试验规程均要求按U0/U来选择, 且出现了在相同U值下有不同U0值的现象。要正确选择试验电压, 我们要理解电力电缆额定电压U0/U的含义。
2.1 电力电缆额定电压U0/U
电力电缆的额定电压以U0/U表示, U0为电缆及其附件设计采用的导体对接地屏蔽或金属套间的工频电压, 其值与系统相对地电压有关, 但并非相电压。由于电力电缆标准规定对电缆绝缘施加的工频电压均以U0的倍数表示, 因而U0实际上表示电缆的绝缘水平, 即电缆绝缘耐受电压和电压持续时间的能力。应按电力系统中性点接地方式和单相接地故障时非故障相电压的升高、系统接地故障排除的时间合理选择U0值, 以保证电缆的可靠运行。U为电缆及其附件设计采用的任意两导体之间的工频电压, 即使用电缆的电力系统标称电压。
电缆U0/U的划分实际上是根据电网的运行情况———中性点接地方式和故障切除时间等因素来选择电缆的绝缘厚度。在我国6~63kV系统中, 大部分是采用中性点不接地方式, 允许单相接地情况下继续运行, 此时健全相会产生过电压, 由于故障切除时间有长短之别, 这就使电缆绝缘需承受不同持续时间的过电压, 从而对各类绝缘水平的电缆产生累积破坏效应, 最终不同程度地影响电缆寿命。
2.2 电力电缆额定电压U0/U的选择标准
早在1965年, 国际电工委员会 (IEC) 就制定了《高压电缆选用导则》, 将电缆绝缘划分为2类, 即U0分为Ⅰ、Ⅱ两类 (表4) 。Ⅰ类U0:短路故障可在1h内切除;Ⅱ类U0:不包括Ⅰ类的所有系统。
注:Um为设计时采用的电缆任两个线芯之间的最高工频电压。
1984年, IEC又将U0由原来的2类分成3类, 即A类:故障应尽快切除, 时间不得大于1min;B类:故障应在短时切除, 时间不得大于1h;C类:除A、B类外任何故障系统。
基于上述情况, 我国根据电力系统设备绝缘配合要求制定的《高压电缆选用守则》也将U0划分为2类 (表5) , 并明确指出, 正确地选择电缆U0/U值是确保电缆长期安全运行的关键之一, 应严格按照下列规定进行选择:
(1) 当电缆所在系统中的单相接地故障能很快切除, 在任何情况下故障持续时间不超过1min时, 可选Ⅰ类U0, 如中性点经小电阻接地就属于这类情况。
(2) 当电缆所在系统中的单相接地故障持续时间在1min~2h之间, 个别情况在2~8h之间时, 必须选用Ⅱ类U0。
(3) 当电缆所在系统采用中性点直接地方式时, U0只有I类。
(4) U值应按大于或等于电缆所在系统的额定电压选择, Um值应按大于或等于电缆所在系统的最高工作电压选择。
3 结语
电力电缆耐压试验和试验电压的正确选择, 是电力电缆试验工作中的重要环节, 只有按照电力电缆的不同类型选择不同的耐压方法, 按照电力系统中性点接地方式及系统接地故障排除的时间来正确选择试验电压, 才能保证电力电缆的安全运行。
摘要：介绍了电力电缆耐压试验的2种方法, 分析了直流耐压试验对橡塑电缆的不利影响, 指出了橡塑电缆应优先采用交流耐压试验。试验电压是电力电缆耐压试验的关键, 论述了根据电力电缆额定电压U0/U选择试验电压的要点。
关键词：电力电缆,耐压试验,电压选择
参考文献
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电压选择 篇10
永磁同步电机由于其体积小、低噪音、高效率、高转矩和功率密度,非常适用于电动汽车领域。特别是内置式永磁同步电机,调速范围宽,可充分利用电机凸极性带来的磁阻转矩,是电动汽车用驱动电机的发展方向[1,2,3]。目前,电动汽车用永磁同步电机调速系统普遍采用矢量控制,但矢量控制对电机参数依赖性强,在电动汽车实际运行工况下,电机参数变化大,从而严重影响了矢量控制的效果。直接转矩控制技术由于具有动态响应好,结构简单,易于实现,鲁棒性强,无需连续转子信息和旋转坐标变换等优点,成为电动汽车永磁同步电机驱动技术的研究热点[4,5,6,7,8,9]。
永磁同步电机直接转矩控制系统根据定子磁链和转矩滞环比较器的输出和磁链扇区信息,选择适当的电压矢量实现对定子磁链和转矩的闭环控制,如图1所示[10,11]。
直接转矩控制采用滞环比较器实现对磁链和转矩的控制,本质上就是滞环控制。电压矢量选择策略作为滞环控制规律,对控制效果起着极其关键的作用。
近年来研究发现:当转矩角较大时,开关表所选择的电压矢量对转矩的实际作用与开关表期望相反,从而引起不合理转矩脉动[12,13]。参考文献[14,15]提出了一种通过三相和两相混合导通方式来增加可用电压矢量,从而优化开关表的方法,但这种方法只能有限抑制转矩脉动,不能从根本上解决因开关表失效引起的转矩脉动问题,而且带来了换相转矩脉动,并不是最优解决方案。这表明开关表作为电压矢量选择策略存在局限性,不能始终满足对转矩的要求。因此,研究永磁同步电机直接转矩控制系统电压矢量选择策略对从理论上阐明直接转矩控制运行机制,从而解决转矩脉动问题有着重要的理论意义和实际应用价值。
参考文献[16,17,18]针对表面式永磁同步电机直接转矩控制系统,提出了一种电压矢量选择策略,并实验验证。实验结果表明电压矢量选择策略这种方法可以根本上解决因开关表失效引起的转矩脉动问题。本文给出了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统定子磁链幅值、转矩角和转矩的简化控制规律,提出了一种适用于转矩角小于90°时的内置式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择策略,并针对Honda Civic 06 Myhybrid混合动力电动汽车用15 kW内置式永磁同步电机进行实验验证。实验结果表明:相比较于开关表控制,电压矢量选择策略可有效减小电流和转矩脉动,电流谐波含量小且固定开关频率。
2 电压矢量作用分析
忽略定子电阻压降,定子磁链将沿着所施加电压矢量的方向运动,如图2所示,其中α为所施加电压矢量与定子磁链的夹角,Δδs为定子磁链角位置的变化。由图2可知:
Ψs(k+1)=Ψs(k)+Vs(k+1)·Δt (1)
由图2及余弦定理可知,施加电压矢量Δt时间后,定子磁链幅值为
这里定义q为
式中:
将式(3)代入式(2)可得:
由于
来表示施加电压矢量引起的定子磁链幅值变化。
当0<q<0.01,f随α变化如图3所示。
由图3可知,施加电压矢量引起的定子磁链幅值变化可以表示为
f*=qcos α (6)
式(5)和式(6)的误差为(见图4)
Δf=f-f* (7)
图4表明式(6)可以用来表示施加电压矢量引起的定子磁链幅值变化。式(6)表明,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(-90°,90°)之间,电压矢量增加定子磁链幅值,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(90°,270°)之间,电压矢量减小定子磁链幅值。施加电压矢量对定子磁链幅值的影响与q成正比。忽略转子磁链运动对转矩角的影响,则定子磁链角位置的变化即为转矩角的变化。由图2及正弦定理可知转矩角的变化如下式所示:
当0<q<0.01,Δδ随α的变化如图5所示。
由图5可知,施加电压矢量引起的转矩角变化可以表示为
Δδ*=arcsin q·sin α (9)
式(8)和式(9)的误差为(见图6)
Δ(Δδ)=Δδ-Δδ* (10)
图6表明式(9)可以用来表示施加电压矢量引起的转矩角变化。式(9)表明,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(0°,180°)之间,电压矢量增加转矩角,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(180°,360°)之间,电压矢量减小转矩角。施加电压矢量对转矩角的影响与arcsin q成正比。
定子磁链坐标系下,PMSM转矩方程为
式中: δ为转矩角。
式(11)表明PMSM转矩由2部分组成,分别为永磁体产生的励磁转矩和由凸极性产生的磁阻转矩。
定义k为
将式(12)代入式(11)可得:
由式(4)和式(12)可知,施加电压矢量Δt时间后,k值为
由式(4)、式(8)、式(11)和式(14)可知,施加电压矢量Δt时间后,转矩为
由于
式(16)由M1和M2 2部分组成,分别表示励磁转矩和磁阻转矩的变化,
当q=0.01和0<δ<120°,M1随α变化如图7所示。
由图7可知,施加电压矢量引起的励磁转矩变化可以表示为
M*1=q·sin(α+δ) (18)
当q=0.01,M1和式(18)的误差为(见图8)
ΔM1=M1-M*1 (19)
图8表明式(18)可以用来表示施加电压矢量引起的励磁转矩变化。式(18)表明,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(-δ,180°-δ)之间,电压矢量增加励磁转矩,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(180°-δ,360°-δ)之间,电压矢量减小励磁转矩,即施加电压矢量与转子磁链夹角位于(0°,180°),电压矢量增加励磁转矩,当施加电压矢量与转子磁链夹角位于(180°,360°)之间,电压矢量减小励磁转矩。施加电压矢量对励磁转矩的影响与q成正比。对于表面式永磁同步电机,磁阻转矩为零,则励磁转矩的电压矢量选择区域即为表面式永磁同步电机转矩的电压矢量选择区域。
当q=0.01,k=1和0<δ<120°,M2随α的变化如图9所示。
由图9可知,施加电压矢量引起的磁阻转矩变化可以表示为
M*2=-k·q·sin(α+2δ) (20)
当q=0.01和k=1,M2和式(20)的误差可表示为(见图10)
ΔM2=M2-M*2 (21)
图10表明式(20)可以用来表示施加电压矢量引起的磁阻转矩变化。式(20)表明,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(-2δ,180°-2δ)之间,电压矢量减小磁阻转矩,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(180°-2δ,360°-2δ)之间,电压矢量增加磁阻转矩。施加电压矢量对磁阻转矩的影响与q和k成反比。
由式(16)、式(18)、式(20)可知,施加电压矢量引起的转矩变化可表示为
其中λ为
M与式(22)的误差为(见图11)
ΔM=M-M* (24)
图11表明式(22)可用来表示施加电压矢量引起的转矩变化。式(22)表明,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(λ-δ,180°+λ-δ)之间,电压矢量增加转矩,当施加电压矢量与定子磁链夹角位于(180°+λ-δ,360°+λ-δ)之间,电压矢量减小转矩。施加电压矢量对转矩的影响与q成正比。
3 电压矢量选择策略
由式(23)可知,当k为0,0.5和1,0<δ<90°时,(δ-λ)随δ变化如图12a所示。当0<k<1和1,0<δ<90°时,(δ-λ )随δ变化如图12b所示。
图12a和图12b表明当转矩角小于90°,施加电压矢量与定子磁链夹角位于(δ,90°),电压矢量增加定子磁链幅值、转矩角和转矩(V11),当夹角位于(90°,90°+δ),电压矢量减小定子磁链幅值,增加转矩角和转矩(V01),当夹角位于(δ+180°,270°),电压矢量减小定子磁链幅值、转矩角和转矩(V00),当夹角位于(270°,270°+δ),电压矢量增加定子磁链幅值,减小转矩角和转矩(V10)。
因此,本文提出一种适用于转矩角小于90°时的电压矢量选择策略,
式中:δs为定子磁链在静止坐标系下位置信息。
由此可知,电压矢量选择策略实现所需的输入和具体步骤如下。
1)转矩角δ信息。
电流模型下,可根据d轴和q轴定子磁链信息得到,
2)所需施加的电压矢量相角∠Vs:
根据磁链和转矩比较器的输出,定子磁链角位置和转矩角信息,由式(25)得到。
3)所需电压矢量Vs:
由于∠Vs相角为任意值,采用空间矢量调制技术合成。
由此可得,基于电压矢量选择策略控制的永磁同步电机直接转矩控制系统如图13所示。
4 实验结果
下文给出在开关表和电压矢量选择策略控制下,永磁同步电机直接转矩控制系统的实验结果。实验电机为Honda Civic 06MY Hybrid混合动力电动汽车用15 kW内置式永磁同步电机,电机参数为:极对数p=6,定子电阻Rs=0.014 2 Ω,d轴电感Ld=0.666 0 mH,q轴电感Lq=0.874 5 mH,永磁体磁链Ψf=0.06 Wb。直接转矩控制电压矢量选择策略算法采用DSP TMS320F2812实现。参考转速为100 r/min,参考定子磁链幅值为0.06 Wb,磁链和转矩滞环控制宽度分别为0.002 Wb和0.002 N·m。
4.1 开关表控制
永磁同步电机直接转矩控制系统采用开关表控制的实验波形如图14～图18所示。
4.2 电压矢量选择法控制
永磁同步电机直接转矩控制系统采用电压矢量选择策略控制的实验波形如图19～图23所示。
对比开关表和电压矢量选择策略控制下永磁同步电机直接转矩控制系统的实验结果可知,与开关表控制相比,电压矢量选择策略可有效减小电流和转矩脉动,电流波形更加正弦,谐波含量更小,固定开关频率。
5 结论
本文给出了内置式永磁同步电机直接转矩控制系统定子磁链幅值、转矩角和转矩的简化控制规律,提出了一种适用于转矩角小于90°时的内置式永磁同步电机直接转矩控制电压矢量选择策略,并针对Honda Civic 06 Myhybrid混合动力电动汽车用15 kW内置式永磁同步电机进行实验验证。实验结果表明:相比较于开关表控制,电压矢量选择策略可有效减小电流和转矩脉动,电流谐波含量小且固定开关频率。