1、高壓電網不平衡情況分析    摘要：新型高壓直流輸電系統接入三相電壓不平衡電網時，會遇到直流電容電壓出現2倍工頻紋波的問題,從而導致換流器性能下降,影響整個系統的正常運行。若只考慮基波電動勢,使用對稱分量法可以將不平衡電壓分解成對稱的正序和負序2部分,而這2部分平衡且相互獨立。換流器d、q軸分量是直流正序分量與2次交流諧波的負序分量之和,參考在電壓平衡情況下的數學模型,可以得到三相電壓不平衡情況下電壓源型換流器在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型,這個數學模型包含正序和負序2個部分。由三相輸入的復功率可知,有功功率包含2次余弦和正弦部分,通過正序電流和負序電

2、流分別獨立控制的雙電流閉環控制方法使其為零,從理論上就可以消除直流電容電壓的2次紋波。利用電力系統仿真軟件Matlab/Simulink對系統進行仿真,結果表明,雙電流閉環的控制方法可消除直流電壓的紋波,保證了新型高壓直流輸電系統在電壓不平衡的情況下仍然具有良好的性能。 關鍵詞：高壓電網不平衡 中圖分類號：U665.12 文獻標識碼：A 文章編號： 三相不平衡是指三相電源各相的電壓不對稱。是各相電源所加的負荷不均衡所致，屬于基波負荷配置問題。發生三相不平衡即與用戶負荷特性有關，同時與電力系統的規劃、負荷分配也有關。 電能質量 三相電壓允許不平衡度（GB/T155431995）適用于交流額定頻率

3、為50Hz電力系統正常運行方式下由于負序分量而引起的PCC點連接點的電壓不平衡，該標準規定：電力系統公共連接點正常運行方式下不平衡度允許值為2，短時間不得超過4。 而且該標準還解釋：不平衡度允許值指的是在電力系統正常運行的最小方式下負荷所引起的電壓不平衡度為最大的生產（運行）周期中的實測值，例如煉鋼電弧爐應在熔化期測量等。在確定三相電壓允許不平衡指標時，該標準規定用95概率值作為衡量值。即正常運行方式下不平衡度允許值，對于波動性較小的場合，應和實際測量的五次接近數值的算術平均值對比；對于波動性較大的場合，應和實際測量的95概率值對比；以判斷是否合格。其短時允許值是指任何時刻均不能超過

4、的限制值，以保證保護和自動裝置的正確動作。 三相不平衡：是指在電力系統中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過規定范圍。 1增加線路的電能損耗。在三相四線制供電網絡中，電流通過線路導線時，因存在阻抗必將產生電能損耗，其損耗與通過電流的平方成正比。當低壓電網以三相四線制供電時，由于有單相負載存在，造成三相負載不平衡在所難免。當三相負載不平衡運行時，中性線即有電流通過。這樣不但相線有損耗，而且中性線也產生損耗，從而增加了電網線路的損耗。 2增加配電變壓器的電能損耗。配電變壓器是低壓電網的供電主設備，當其在三相負載不平衡工況下運行時，將會造成配變損耗的增加。因為配變的功率損耗是隨負載的不平衡度而

5、變化的。 3配變出力減少。配變設計時，其繞組結構是按負載平衡運行工況設計的，其繞組性能基本一致，各相額定容量相等。配變的最大允許出力要受到每相額定容量的限制。假如當配變處于三相負載不平衡工況下運行，負載輕的一相就有富余容量，從而使配變的出力減少。其出力減少程度與三相負載的不平衡度有關。三相負載不平衡越大，配變出力減少越多。為此，配變在三相負載不平衡時運行，其輸出的容量就無法達到額定值，其備用容量亦相應減少，過載能力也降低。假如配變在過載工況下運行，即極易引發配變發熱，嚴重時甚至會造成配變燒損。 4配變產生零序電流。配變在三相負載不平衡工況下運行，將產生零序電流，該電流將隨三相負載不平衡的程度而

6、變化，不平衡度越大，則零序電流也越大。運行中的配變若存在零序電流，則其鐵芯中將產生零序磁通。(高壓側沒有零序電流)這迫使零序磁通只能以油箱壁及鋼構件作為通道通過，而鋼構件的導磁率較低，零序電流通過鋼構件時，即要產生磁滯和渦流損耗，從而使配變的鋼構件局部溫度升高發熱。配變的繞組絕緣因過熱而加快老化，導致設備壽命降低。同時，零序電流的存也會增加配變的損耗。 5影響用電設備的安全運行。配變是根據三相負載平衡運行工況設計的，其每相繞組的電阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。當配變在三相負載平衡時運行，其三相電流基本相等，配變內部每相壓降也基本相同，則配變輸出的三相電壓也是平衡的。 假如配變在三相負載不平衡時運

7、行，其各相輸出電流就不相等，其配變內部三相壓降就不相等，這必將導致配變輸出電壓三相不平衡。同時，配變在三相負載不平衡時運行，三相輸出電流不一樣，而中性線就會有電流通過。因而使中性線產生阻抗壓降，從而導致中性點漂移，致使各相相電壓發生變化。負載重的一相電壓降低，而負載輕的一相電壓升高。在電壓不平衡狀況下供電，即容易造成電壓高的一相接帶的用戶用電設備燒壞，而電壓低的一相接帶的用戶用電設備則可能無法使用。所以三相負載不平衡運行時，將嚴重危及用電設備的安全運行。 6電動機效率降低。配變在三相負載不平衡工況下運行，將引起輸出電壓三相不平衡。由于不平衡電壓存在著正序、負序、零序三個電壓分量，當這種不平衡的

8、電壓輸入電動機后，負序電壓產生旋轉磁場與正序電壓產生的旋轉磁場相反，起到制動作用。但由于正序磁場比負序磁場要強得多，電動機仍按正序磁場方向轉動。而由于負序磁場的制動作用，必將引起電動機輸出功率減少，從而導致電動機效率降低。同時，電動機的溫升和無功損耗，也將隨三相電壓的不平衡度而增大。所以電動機在三相電壓不平衡狀況下運行，是非常不經濟和不安全的。 由不對稱負荷引起的電網三相電壓不平衡可以采取的解決辦法： 1、將不對稱負荷分散接在不同的供電點，以減少集中連接造成不平衡度嚴重超標的問題。 2、使用交叉換相等辦法使不對稱負荷合理分配到各相，盡量使其平衡化。 3、加大負荷接入點的短路容量，如改變網絡或提

9、高供電電壓級別提高系統承受不平衡負荷的能力。 4、裝設平衡裝置。 簡要列出以上幾種解決三相電壓或電流不平衡對電網及電能質量危害的技術措施。 具體應該采取哪一種措施更為合理有效，還要根據實際情況，經過技術和經濟比較后確定實施。 在低壓三相四線制的城市居民和農網供電系統中：由于用電戶多為單相負荷或單相和三相負荷混用，并且負荷大小不同和用電時間的不同。所以，電網中三相間的不平衡電流是客觀存在的，并且這種用電不平衡狀況無規律性，也無法事先預知。導致了低壓供電系統三相負載的長期性不平衡。對于三相不平衡電流，電力部門除了盡量合理地分配負荷之外幾乎沒有什么行之有效的解決辦法。 電網中的不平衡電流會增加線路及變壓器的銅損，還會增加變壓器的鐵損，降低變壓器的出力甚至會影響變壓器的安全運行，最終會造成三相電壓的不平衡。 調整不平衡電流無功補償裝置，有效地解決了這個難題，該裝置具有在補償系統無功的同時調整不平衡有功電流的作用。其理論結果可使三相功率因數均補償至1，三相電流調整至平衡。實際應用表明，可使三相功率因數補償到0.95以上，使不平衡電流調整到變壓器額定電流的10以內。 根據wangs定理（王氏定理），在相間跨接的電容可以在相間轉移有功電流。調整不平衡電流無功補償裝置就是利用wangs定理來進行設計的，在各相與相之間以及各相與零線之間恰當地接入不同數量的電容器，不但可以使各相都得