配電網三相不平衡源的定位

李運堂

摘 要：作為電力系統(tǒng)中的一種常見問題，配電網的三相不平衡會嚴重影響電網中的電能質量。為了對該問題進行排除，必須對配電網的三相不平衡源進行定位。本文首先分析了配電網不平衡源定位的基本原理和方法，然后運用三項不平衡配電系統(tǒng)進行了仿真研究，對其理論進行了驗證。

關鍵詞：三項不平衡；配電網；仿真

中圖分類號： TM711 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）20-110-2

0 引言

中性點非有效接地運行方式在我國的配電網中得到了廣泛的應用，其往往具有較大的零序阻抗。同時一般使用不換位架設三相架空線路，并對斷線故障和補償電容、電壓互感器和單相高壓負載進行了考慮。這也造成三相對地參數不對稱的概率較高，容易造成三項不平衡電壓。通過配電網三項不平衡源定位，能夠找到不平衡問題的根源，從而有的放矢地解決三項不平衡的問題。

1 配電網不平衡源定位的理論和方法

1.1 配電網不平衡源定位的對稱分量法

由于電力系統(tǒng)屬于三相系統(tǒng)，因此可以使用對稱分量法來對三項系統(tǒng)的不平衡問題進行分析。根據該方法，可以在三項系統(tǒng)中選取任意三個相量，組成一組，每組中都包括零序分量、負序分量和正序分量?；诏B加原理，將獨立的三組對稱三相系統(tǒng)組合起來，能夠使其成為一組三項不對稱的系統(tǒng)[1]。

①零序分量。假設三相相量分別為a、b、c，則三相相量就是Fa（0）、Fb（0）、Fc（0），Fa（0）、Fb（0）、Fc（0）的相位和幅值是相同的。可以用Fa（0）=Fb（0）=Fc（0）來表示三相相量之間的關系。

②負序分量。三相相量分別為a、b、c，則三相相量就是Fa（2）、Fb（2）、Fc（2），Fa（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°。旋轉轉子可以用α來表示，也就是α乘以某相量，則表示這個相量進行了逆時針120°旋轉?？梢杂忙?Fa（2）= Fc（2）、αFa（2）=Fb（2）、Fa（2）=Fa（2）來表示三個相量之間的關系。

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），Fa（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°?？梢杂忙罠a（1）=Fc（1）、α2Fa（1）=Fb（1）、Fa（1）=Fc（1）。

1.2 配電網等效電路

作為一個三項平衡電壓源，發(fā)電機主要是通過線路阻抗和系統(tǒng)阻抗來向負荷供電。圖1為三相平衡負荷等效電路示意圖，從圖中可以看出系統(tǒng)中的有功功率會流向負荷，此時的負荷是三相平衡。圖中的PS1表示線路損耗、PL1表示發(fā)電機側流向三相平衡負荷的正序功率、Pg1表示發(fā)電機提供的正序功率[2]。

但是如果有不平衡負荷出現于負載中，那么一部分被不平衡負荷吸收的正序功率就會變成負序功率，并向發(fā)電機側回饋。此時的發(fā)電機會成為一個實際的阻感負荷，并向其他負荷和系統(tǒng)輸入負序電流。流向其他負荷和系統(tǒng)的不平衡負荷也就是有功功率。三相不平衡負荷等效電路如圖2所示。

如果電力系統(tǒng)比較復雜，還會出現以下一些情況。第一，不平衡負荷為用戶，正弦波為電源。此時正序功率會被不平衡負荷吸收，變成了負序功率。此時其他用戶和電源中都會倒流進一部分負序功率。這樣一來用戶不僅會減少一部分應交電費，而且還會污染整個電網。

第二，平衡負載使用了三相不平衡電源，此時用戶的用電設備會受到負序功率的影響，不僅可能損壞用戶的設備，還使用戶必須承擔更多的電費。第三，除以上兩種情況外，還會出現比較復雜的三相不平衡電流負荷情況。此時以上兩種情況都可能發(fā)生。

1.3 對配電網三相不平衡源進行定位

以以上結論為依據，對配電網的三相不平衡源進行定位。

①電流測量量程為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)負序阻抗）比ZL2（負荷負序阻抗）小，那么IL2的流向是系統(tǒng)到負荷。反之， ZS2（系統(tǒng)負序阻抗）和ZL2（負荷負序阻抗）處于同一個數量級，那么IL2的流向是負荷到系統(tǒng)。

②如果0.03IB

2 對配網三相不平衡源定位進行仿真

本文建立了三項不平衡配電系統(tǒng)模型，對三相平衡電源進行仿真模擬。該模型中的負荷有兩個，分別為Load1和Load2，三相不平衡負荷用Load1表示，三相平衡負荷用Load2表示。圖3為三相不平衡配電系統(tǒng)等效仿真模型圖，本文測量并分析了C1、C2、Cs三個測試點的三相電壓電流。

根據分析結果可知，使用分量分解的方式對三相負荷平衡側的電壓電流進行分析，對稱分量分解后的負序阻抗角屬于第一象限。而對三相負荷不平衡側對電壓電流進行測試，然后對其進行對稱分量分解，序阻抗角屬于第二象限。而且此時的系統(tǒng)負序阻抗和負序阻抗的幅值基本相等，能夠對上文的配電網三相不平衡源定位的理論進行驗證。

鑒于現場進行斷電測試有一定的困難，因此本次實驗使用了電能質量測試分析儀器來對新兩鈉配電室的末端和前端在不同時間段內的相位、電流幅值和基波電壓進行了測量，以此來判斷造成三相電壓不平衡的原因。

根據測試結果可知，新兩鈉末端的電壓不平衡度已經超過了國家標準，達到了2.1%，必須將不平衡源找出來，才能制止其對電網的污染。而通過分析不平衡源的定位可以發(fā)現，新兩鈉末端的負荷的負序阻抗和正序阻抗都在第一象限，阻感性的電動機負荷則位于新兩鈉的末端，因此新兩鈉末端并未出現三相不平衡的情況。此時再進一步測試新兩鈉前端可以發(fā)現負序阻抗角不到-90°，因此電動機負荷和配點電纜負荷等效后就出現了不平衡的情況。前段三相電纜參數的不平衡直接導致了端三相電壓不平衡。

3 結語

本文通過理論分析和仿真研究，提出了配電網三相不平衡源的定位方法，能夠對三相配電系統(tǒng)的三相不平衡源進行準確的定位。盡管本文提出的方法仍然存在一些制約因素，在判斷準確性方面還有提高的空間，但是當前絕大部分電能質量測試儀器的準確度都能夠達到相關要求。

參 考 文 獻

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

[2] 楊新華，雷洋洋，吳麗珍，汪龍偉.逆變型微源離網運行下電壓不平衡動態(tài)補償策略[J].電氣應用，2016（08）.