电力系统的三相不平衡讲座：第一讲 电力系统三相不平衡的基本概念及其计算式

电力系统三相电压平衡的状况是电能质量的主要指标之一。电力系统三相不平衡是由于三相负载不平衡以及系统元件三相参数不对称所致。三相不平衡将导致旋转电机附加发热和振动,变压器漏磁增加和局部过热,电网线损增大以及多种保护和自动装置误动等等。将电力系统正常运行时三相不平衡度控制在一定范围内,以保证对用户的供电质量是电业部门的主要职责之一。国标《电能质量 三相电压允许不平衡度》(GB/T15543—1995)是针对电力系统正常运行工况而制定的。标准规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法。为了帮助广大电力工程技术及管理人员理解该标准,本刊现请电力科学研究院林海雪撰写讲座,对电力系统不平衡的相关问题进行介绍。讲座分为六讲,包括三相不平衡的基本概念及其计算式、三相不平衡的干扰性负荷、三相不平衡的危害、标准、测量以及改善三相不平衡的措施等内容。     

基于混合遗传算法的三相负荷不平衡无功就地补偿方法

由于电力系统中负荷的不均匀分配,导致配电网中发生三相负荷不平衡状况,严重影响供电质量,提出基于混合遗传算法的三相负荷不平衡无功就地补偿方法。检测三相负荷,获取电力系统中的三相电流和三相电压,计算三相负荷不平衡度,筛选出三相不平衡负荷,确定无功就地补偿容量,基于混合遗传算法建立无功就地补偿数学模型,实现三相负荷不平衡无功就地补偿。仿真实验结果表明,本文所提方法可以快速、准确地补偿电力系统无功电流以及三相负荷不平衡,验证了此方法的有效性。     

基于对称分量滤过器的三相电压不平衡度检测

随着我国经济的蓬勃发展,电力网负荷急剧加大,特别是冲击、非线性负荷容量的不断增长,使得电网发生电压波形畸变、电压波动、闪变和三相不平衡等电能质量问题.电力系统运行时三相电路经常出现不平衡状态.由于三相严重不平衡会造成巨大的危害,而正常运行时允许有一定的轻度不平衡,因此对三相电力系统的不平衡度检测十分必要,它是管理者制定...     

低压配电网三相电压不平衡分析及抑制综述*

在低压配电网中单相负荷的随机性和不确定性导致电网的电能质量问题愈发严重,针对三相电压不平衡对电网带来的安全稳定问题越来越凸显,着眼于三相电压不平衡产生的原因及现状分析,探讨提高检测不平衡电流的精度和速度的方法,以便对三相电压不平衡进行更好的治理,同时提高电力系统电能质量,确保电网安全稳定运行。     

风电汇集地区电压不平衡特性分析及抑制策略

中国风电多采用"大规模集中开发,远距离传输"的模式,风电汇集地区常无本地负荷,在大规模风电汇集地区常出现三相电压不平衡现象,严重时会造成风机脱网,威胁到电力系统的安全稳定运行.针对这一问题,提出了风电汇集地区电压不平衡机理及抑制策略.首先,基于实测数据提取风电汇集地区电压不平衡现象的关键技术特征;其次,构建风电汇集地区等效电路模型,考虑风电汇集地区静态电压稳定极限及不换位输电线路三相阻抗参数不平衡等因素,提出电压不平衡度的估算方法;最后,以汇集站负序电压最小为目标,提出风电汇集地区三相无功优化模型,通过动态无功补偿装置分相调节实现风电汇集地区负序电压抑制.以实际风电汇集系统为例,通过仿真分析验证了机理分析和抑制策略的有效性.     

某750 kV单相自耦变压器低压侧三相电压不平衡问题分析计算

变压器在电力系统的运行中扮演着重要角色,但在运行过程中会出现三相电压不平衡的现象,严重影响设备正常工作,不利于电网安全稳定运行。针对此问题,本文基于三相电压不平衡的机理,利用EMTPE建立仿真分析模型,研究750 kV主变投运过程中66 kV侧母线三相电压不平衡的原因,并分析三相电压不平衡对二次设备的影响。结果表明,三相变压器各绕组等效电容存在明显差异是电压不平衡的主要原因,不平衡电压对二次设备运行无影响。该研究结果对超高压大容量输变电系统主变的投运具有重要参考价值。     

虚拟仪器在三相不平衡度测量中的应用研究

三相不平衡度是衡量电能质量的重要指标之一。随着各种非线性负载的大量应用,电能质量不断恶化。为保证电力系统安全稳定运行,需要对三相不平衡度进行实时检测。文章以虚拟仪器技术为平台,对电压、电流的正序、负序及零序分量的分解算法进行了深入研究,进而测量出电力系统的三相不平衡度。实例表明本文设计的三相不平衡度检测系统,不仅测量精度高,而且具有很强的扩展性,可以进一步应用于电能质量谐波参数的测试。     

三相四桥臂逆变器控制技术研究

三相四桥臂逆变器可以解决不平衡负载引起输出电压不平衡的问题.采用开环控制或传统同步旋转坐标系PI控制时,三相四桥臂逆变器输出电压仍存在不平衡现象.为了揭示其原因,首先建立了三相四桥臂逆变器数学模型,在此基础上分析了三相四桥臂逆变器输出电压不平衡的根本原因,并提出相应的解决方案.该方案有效地抑制了不平衡负载电流扰动对输出电压的影响,保证了三相四桥臂逆变器在不平衡负载情况下输出三相对称正弦电压.最后在Matlab/Simulink环境下对空载、平衡负载、不平衡负载三种情况下系统开环和闭环控制进行了仿真研究,仿真结果验证了该解决方案的正确性.     

弱电网牵引变电所群电压不平衡预评估与治理研究

采用单相交流工频25 kV供电制式的电气化铁路具有牵引功率大、速度快、能源利用率高、经济效益好等优点。但冲击性单相负荷接入电网后,会带来以三相电压不平衡为代表的电能质量问题,不利于电力系统的安全稳定经济运行,在弱电网中尤为明显。首先,分析了电气化铁路牵引负荷接入电网的负荷特性,利用电力系统仿真软件PSD建立“弱电网-牵引供电系统”仿真模型,分析牵引变电所群接入电网方案变化对电压不平衡的影响;其次,依据GB/T 15543―2008《电能质量三相电压不平衡》,评估不同方案下系统各节点电压不平衡度;最后,基于单三相组合式同相供电系统,实现对电压不平衡超标牵引所群的治理。     

一种新的不平衡控制策略的研究

三相逆变器的一个重要的性能是在三相负载不平衡时仍能维持三相输出电压的对称性.传统的对称分量法与叠加原理虽然能在三相逆变器带不平衡负载时通过对输出电压正、负、零序分量的不同补偿来维持三相电压的平衡,但该方法运算量大,适时性差,不宜控制.针对大容量中频400 Hz逆变电源,提出了一种新的不平衡控制策略,即谐振控制器的控制方法.该方法可以使逆变器在带不平衡负载时仍能维持三相输出电压的平衡,并能同时应用于三相三线制和三相四线制系统.推导了它的两种实现方式.仿真结果验证了该方法能有效地抑制由不平衡负载引起的输出电压畸变,获得高质量的输出电压波形.     

500 kV变压器66 kV无功补偿侧三相不平衡分析

在三相电力系统中,三相负荷不平衡、系统三相参数不对称等都会引起电力系统三相不平衡。针对变电站三相参数不平衡现象,阐述了三相不平衡的基本概念,分析了500 kV变压器66 kV无功补偿侧三相不平衡产生的原因,并选取变电站,根据其实际配置进行了模拟仿真计算。     

三相逆变电源不平衡负载控制方法的研究

针对对称分量法实现三相逆变器在不平衡负载下输出电压的正、负、零序分量补偿,以维持三相输出电压的平衡,该方法在三相负载严重不平衡时,其不平衡度仍然较大,且运算量大,适时性差,不易控制等问题.本文提出了一种三相逆变电源的输出电压分相控制的方法,分别对三相逆变器输出的线电压进行控制,以实现三相电压的平衡.理论和仿真分析表明,该方法能够使三相最大不平衡度从传统对称分量法的5.49％降到1％左右,在负载不平衡度达到200％的情况下,三相电压输出也能适时、稳定、可靠的达到平衡,有效地补偿因不平衡负载引起的逆变器输出电压畸变,从而保证逆变器在带任意不平衡负载时仍能维持三相平衡的输出电压.     

电气化铁路接入末端电网的三相不平衡影响因素分析

近年来,伴随着电气化铁路接入新疆电网,致使新疆电网末端弱联系地区电能质量问题突显出来,文中针对格库铁路接入新疆巴州地区电网带来的三相不平衡问题开展影响因素分析。首先,根据三相电压不平衡的概念及表达式开展电气化铁路负序三相不平衡的分析计算,得出三相不平衡的影响因素;然后,基于电力电气以及电能管理的综合分析软件(简称ETAP)搭建格库铁路接入新疆电网的典型仿真模型,仿真分析格库铁路接入末端弱联系电网带来的三相不平衡问题的影响因素;最后,分析基于实测数据的负序电流及电压产生的三相不平衡对电力系统及用户的影响,并利用ETAP软件分别从电铁侧和电网侧验证改善三相电压不平衡措施的有效性。     

三相逆变器不平衡负载条件下双环控制策略

三相输出电压对称是对三相逆变器的重要要求之一,在三相逆变器中,输出电压不对称主要是由于三相负载的不平衡引起的.基于对称分量法和叠加原理对三相逆变器在不平衡负载下产生三相输出电压畸变的机制进行了系统分析,得到了输出电压正、负序分量不同的补偿特性,提出了不平衡负载条件下维持逆变器输出对称性的控制方法.算例结果验证了该方法的有效性.     

面向不平衡补偿的三相四桥臂并网逆变器控制策略研究

针对微网中大量接入不对称负载且日益增多的现状,引起的三相电压不平衡问题,提出基于三相四桥臂逆变器的多状态分层协同补偿策略.利用四桥臂并网逆变器三相输出独立的特点,采用双同步坐标系解耦软件锁相准确跟踪微网相位,根据电网三相电压值的大小,对发电装置发出的电源进行三相功率分配,对低电压相进行功率补偿以实现微电网电压的平衡.利用MATLAB/Simulink进行建模仿真,并对个别状态进行了试验.结果 表明,对于微电网中可能存在的电压不平衡情况,所提出的补偿控制策略可以有效改善电压不平衡的问题,并对其进行补偿.     

线路负荷自平衡调整装置在低压配网中的应用

针对配网低压线路三相负载不平衡引起的台区不平衡度高、节点电压低、线损率高等电能质量问题,分析了引起台区三相不平衡的主要原因,研究了目前主要采用的解决方案,并研发了一种基于智能换相开关的线路负荷自平衡调整装置。每个自平衡调整装置为一个独立的中央控制器,采用基于电压阈值的节点电压控制的换相策略,就地调整负荷接入的相序,以平衡安装点的三相电压。工程应用结果表明,该装置可平衡三相电压、降低线路损耗和三相不平衡度,适于在农网地区推广应用。     

不对称电压下不平衡负载的平衡化补偿方法

研究电力系统电压不对称情况下不平衡负载的补偿方法,指出非理想系统电压下Steinmetz平衡分量补偿方法无法实现三相不平衡负载电流平衡补偿。在Steinmetz理想补偿理论基础上增加一个无功补偿自由度,提出在系统电压不对称情况下将三相负载电流补偿为单位功率因数或正序补偿电流2种情况下补偿导纳的计算方法。在此基础上给出了用于三角接STATCOM在任意系统电压下补偿不平衡负载的系统控制方案,具有快速动态响应性能并保持系统稳定,通过PSCAD/EMTDC仿真及现场工程试验证明了所提方法的有效性。     

核电厂电机空载电流三相不平衡问题研究

针对某核电5、6号机组在安装调试阶段500 kV电源供电情况下多台电机空载电流不平衡的问题,通过采用T形等效电路的方法推导出电压不平衡对电机空载电流不平衡的影响公式,将公式计算所得电机空载电流不平衡度与现场实测电机空载电流不平衡度进行对比,数据结果一致,证明了虽然目前500 kV电网电压的不平衡度是合格的,但会导致电机空载试验三相电流不平衡度大于10%。进一步结合杆塔线路布置、各回路出线电压及线路压降公式对500 kV电网电压不平衡原因进行分析,确认为500 kV架空线路参数不平衡导致,可采用换位或变换各输电线路相序排列的措施来减少电力系统正常运行时的不平衡电压。     

三相交流异步电动机三相电压不平衡的估算方法

介绍三种估算三相电压不平衡度的方法,并推荐一种新的估算方法,这种方法所得数值能更准确的判断三相电压不平衡程度.     

三相光伏逆变器的设计和控制

为解决传统三桥臂逆变器在负载三相不对称情况下难以输出对称的三相电压的问题,提出一种新的逆变器,可以在不平衡负载情况下有效抑制不平衡负载电流对电压的扰动,保证输出三相电压近似对称,其控制方法利用新型的三维空间矢量脉宽调制(3D-SVPWM),CLARK和PARK坐标变换的闭环控制.通过MATLAB的仿真试验,验证了三相四桥臂在一定程度上能够解决不平衡负载下输出三相对称电压的问题.