配電網(wǎng)三相不平衡源的定位

李運(yùn)堂

摘 要：作為電力系統(tǒng)中的一種常見問題，配電網(wǎng)的三相不平衡會(huì)嚴(yán)重影響電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。為了對(duì)該問題進(jìn)行排除，必須對(duì)配電網(wǎng)的三相不平衡源進(jìn)行定位。本文首先分析了配電網(wǎng)不平衡源定位的基本原理和方法，然后運(yùn)用三項(xiàng)不平衡配電系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，對(duì)其理論進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：三項(xiàng)不平衡；配電網(wǎng)；仿真

中圖分類號(hào)： TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）20-110-2

0 引言

中性點(diǎn)非有效接地運(yùn)行方式在我國的配電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，其往往具有較大的零序阻抗。同時(shí)一般使用不換位架設(shè)三相架空線路，并對(duì)斷線故障和補(bǔ)償電容、電壓互感器和單相高壓負(fù)載進(jìn)行了考慮。這也造成三相對(duì)地參數(shù)不對(duì)稱的概率較高，容易造成三項(xiàng)不平衡電壓。通過配電網(wǎng)三項(xiàng)不平衡源定位，能夠找到不平衡問題的根源，從而有的放矢地解決三項(xiàng)不平衡的問題。

1 配電網(wǎng)不平衡源定位的理論和方法

1.1 配電網(wǎng)不平衡源定位的對(duì)稱分量法

由于電力系統(tǒng)屬于三相系統(tǒng)，因此可以使用對(duì)稱分量法來對(duì)三項(xiàng)系統(tǒng)的不平衡問題進(jìn)行分析。根據(jù)該方法，可以在三項(xiàng)系統(tǒng)中選取任意三個(gè)相量，組成一組，每組中都包括零序分量、負(fù)序分量和正序分量?；诏B加原理，將獨(dú)立的三組對(duì)稱三相系統(tǒng)組合起來，能夠使其成為一組三項(xiàng)不對(duì)稱的系統(tǒng)[1]。

①零序分量。假設(shè)三相相量分別為a、b、c，則三相相量就是Fa（0）、Fb（0）、Fc（0），F(xiàn)a（0）、Fb（0）、Fc（0）的相位和幅值是相同的?？梢杂肍a（0）=Fb（0）=Fc（0）來表示三相相量之間的關(guān)系。

②負(fù)序分量。三相相量分別為a、b、c，則三相相量就是Fa（2）、Fb（2）、Fc（2），F(xiàn)a（2）、Fb（2）、Fc（2）的幅值是相同的。在相位方面，c相與b相相比，超前了120°，b相又比a相超前120°。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子可以用α來表示，也就是α乘以某相量，則表示這個(gè)相量進(jìn)行了逆時(shí)針120°旋轉(zhuǎn)?？梢杂忙?Fa（2）= Fc（2）、αFa（2）=Fb（2）、Fa（2）=Fa（2）來表示三個(gè)相量之間的關(guān)系。

③正序分量。三相相量分別為a、b、c，則三相相量就是Fa（1）、Fb（1）、Fc（1），F(xiàn)a（1）、Fb（1）、Fc（1）的幅值是相同的。在相位方面，b相與c相相比，超前了120°，a相又比b相超前120°。可以用αFa（1）=Fc（1）、α2Fa（1）=Fb（1）、Fa（1）=Fc（1）。

1.2 配電網(wǎng)等效電路

作為一個(gè)三項(xiàng)平衡電壓源，發(fā)電機(jī)主要是通過線路阻抗和系統(tǒng)阻抗來向負(fù)荷供電。圖1為三相平衡負(fù)荷等效電路示意圖，從圖中可以看出系統(tǒng)中的有功功率會(huì)流向負(fù)荷，此時(shí)的負(fù)荷是三相平衡。圖中的PS1表示線路損耗、PL1表示發(fā)電機(jī)側(cè)流向三相平衡負(fù)荷的正序功率、Pg1表示發(fā)電機(jī)提供的正序功率[2]。

但是如果有不平衡負(fù)荷出現(xiàn)于負(fù)載中，那么一部分被不平衡負(fù)荷吸收的正序功率就會(huì)變成負(fù)序功率，并向發(fā)電機(jī)側(cè)回饋。此時(shí)的發(fā)電機(jī)會(huì)成為一個(gè)實(shí)際的阻感負(fù)荷，并向其他負(fù)荷和系統(tǒng)輸入負(fù)序電流。流向其他負(fù)荷和系統(tǒng)的不平衡負(fù)荷也就是有功功率。三相不平衡負(fù)荷等效電路如圖2所示。

如果電力系統(tǒng)比較復(fù)雜，還會(huì)出現(xiàn)以下一些情況。第一，不平衡負(fù)荷為用戶，正弦波為電源。此時(shí)正序功率會(huì)被不平衡負(fù)荷吸收，變成了負(fù)序功率。此時(shí)其他用戶和電源中都會(huì)倒流進(jìn)一部分負(fù)序功率。這樣一來用戶不僅會(huì)減少一部分應(yīng)交電費(fèi)，而且還會(huì)污染整個(gè)電網(wǎng)。

第二，平衡負(fù)載使用了三相不平衡電源，此時(shí)用戶的用電設(shè)備會(huì)受到負(fù)序功率的影響，不僅可能損壞用戶的設(shè)備，還使用戶必須承擔(dān)更多的電費(fèi)。第三，除以上兩種情況外，還會(huì)出現(xiàn)比較復(fù)雜的三相不平衡電流負(fù)荷情況。此時(shí)以上兩種情況都可能發(fā)生。

1.3 對(duì)配電網(wǎng)三相不平衡源進(jìn)行定位

以以上結(jié)論為依據(jù)，對(duì)配電網(wǎng)的三相不平衡源進(jìn)行定位。

①電流測(cè)量量程為IB，如果0.03IB≥IL2，或者β的范圍在-90°至-80°之間，或者0.02UL1≥UL2。如果如果ZS2（系統(tǒng)負(fù)序阻抗）比ZL2（負(fù)荷負(fù)序阻抗）小，那么IL2的流向是系統(tǒng)到負(fù)荷。反之， ZS2（系統(tǒng)負(fù)序阻抗）和ZL2（負(fù)荷負(fù)序阻抗）處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，那么IL2的流向是負(fù)荷到系統(tǒng)。

②如果0.03IB

2 對(duì)配網(wǎng)三相不平衡源定位進(jìn)行仿真

本文建立了三項(xiàng)不平衡配電系統(tǒng)模型，對(duì)三相平衡電源進(jìn)行仿真模擬。該模型中的負(fù)荷有兩個(gè)，分別為Load1和Load2，三相不平衡負(fù)荷用Load1表示，三相平衡負(fù)荷用Load2表示。圖3為三相不平衡配電系統(tǒng)等效仿真模型圖，本文測(cè)量并分析了C1、C2、Cs三個(gè)測(cè)試點(diǎn)的三相電壓電流。

根據(jù)分析結(jié)果可知，使用分量分解的方式對(duì)三相負(fù)荷平衡側(cè)的電壓電流進(jìn)行分析，對(duì)稱分量分解后的負(fù)序阻抗角屬于第一象限。而對(duì)三相負(fù)荷不平衡側(cè)對(duì)電壓電流進(jìn)行測(cè)試，然后對(duì)其進(jìn)行對(duì)稱分量分解，序阻抗角屬于第二象限。而且此時(shí)的系統(tǒng)負(fù)序阻抗和負(fù)序阻抗的幅值基本相等，能夠?qū)ι衔牡呐潆娋W(wǎng)三相不平衡源定位的理論進(jìn)行驗(yàn)證。

鑒于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行斷電測(cè)試有一定的困難，因此本次實(shí)驗(yàn)使用了電能質(zhì)量測(cè)試分析儀器來對(duì)新兩鈉配電室的末端和前端在不同時(shí)間段內(nèi)的相位、電流幅值和基波電壓進(jìn)行了測(cè)量，以此來判斷造成三相電壓不平衡的原因。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知，新兩鈉末端的電壓不平衡度已經(jīng)超過了國家標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了2.1%，必須將不平衡源找出來，才能制止其對(duì)電網(wǎng)的污染。而通過分析不平衡源的定位可以發(fā)現(xiàn)，新兩鈉末端的負(fù)荷的負(fù)序阻抗和正序阻抗都在第一象限，阻感性的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷則位于新兩鈉的末端，因此新兩鈉末端并未出現(xiàn)三相不平衡的情況。此時(shí)再進(jìn)一步測(cè)試新兩鈉前端可以發(fā)現(xiàn)負(fù)序阻抗角不到-90°，因此電動(dòng)機(jī)負(fù)荷和配點(diǎn)電纜負(fù)荷等效后就出現(xiàn)了不平衡的情況。前段三相電纜參數(shù)的不平衡直接導(dǎo)致了端三相電壓不平衡。

3 結(jié)語

本文通過理論分析和仿真研究，提出了配電網(wǎng)三相不平衡源的定位方法，能夠?qū)θ嗯潆娤到y(tǒng)的三相不平衡源進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。盡管本文提出的方法仍然存在一些制約因素，在判斷準(zhǔn)確性方面還有提高的空間，但是當(dāng)前絕大部分電能質(zhì)量測(cè)試儀器的準(zhǔn)確度都能夠達(dá)到相關(guān)要求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 朱興文，衣蘭妹，原玉.220kV輔助變壓器低壓側(cè)電壓不平衡原因分析及處理[J].電工技術(shù)，2016（02）.

[2] 楊新華，雷洋洋，吳麗珍，汪龍偉.逆變型微源離網(wǎng)運(yùn)行下電壓不平衡動(dòng)態(tài)補(bǔ)償策略[J].電氣應(yīng)用，2016（08）.