有关三相不平衡负载补偿的研究.

柔性交流输电系统作业

姓名: 陈子良

学号: 2014041002

班级: 11班

题目低压配电网三相不平衡负荷补偿的分析

摘要：

为解决中低压配电网中普遍存在的三相负荷不平衡问题,详细分析了三相不平衡负荷的特性,对三相不平衡负荷的补偿原理进行了深入的研究,给出了三相不平衡负荷补偿的一般原则。并在此基础上,提出了使用TCR+TSC型SVC作为三相不平衡负荷的补偿装置。从数值仿真结果可知,这种无功补偿装置不仅可平衡三相负荷,而且可将三相负荷的功率因数补偿到[1]。

关键词：不平衡负荷 SVC 补偿

1 引言

近十多年来,随着电力电子技术的迅速发展,电力系统中大功率电力电子装置日益增多,在提高了工业装置的效率和自动化水平的同时,也带来了电力系统的无功问题。由于感性负载的存在,电网中电流与电压产生相位差,从而产生无功功率,造成功率因数低下。在电网中,还存在另外一类问题三相不平衡。在中低压配电网中,三相负荷随机变化,三相负荷不平衡会引起旋转电机的附加发热和振动,危及其安全运行和正常出力,引起以负序分量为起动元件的多种保护发生误动作,这对电网安全运行是有严重威胁的。目前较先进的无功补偿装置就是采用晶闸管投切的TSC装置,但是TSC只是使无功补偿的效果较好,防止了过补与欠补,而对不平衡改善是有限的。在生产实际中,三相不平衡和无功功率是经常同时出现的,在此所研制的综合补偿系统则实现了用一个装置对不平衡与无功进行补偿[2]。

在中、低压配电网中,三相负荷由于是随机变化的,因此一般是不平衡的。三相负荷不平衡会导致供电点三相电压、电流的不平衡,进而增加线路损耗,同时会对接在供电点上的电动机运行产生不利的影响。

目前,在中、低压配电网中,广泛采用手动或自动投切的电容器组进行补偿。但是,即使是最先进的晶闸管分相投切电容器组,也只能解决功率因数的补偿问题,而不能有效地平衡三相负荷。供电点三相电压的不平衡是由于三相不平衡电

流在输电线路上引起的电压降不同而产生的。三相不平衡电流可分解为正序分量、负序分量和零序分量。零序分量无法流入三角形或无中线星形连接的变压器绕组或电动机绕组。如果能够补偿掉负序电流分量,同时通过合理的绕组接线使零序电流无法流通,就可使三相负荷平衡,对正序电流中的无功分量可实现分相无功补偿。为实现三相负荷平衡,必须采用无功功率连续可调的无功补偿装置SVC。

本文采用TSC+TCR型式SVC,它通过改变TCR导通角R和TSC投切组别,使SVC 的电纳连续可调。针对该SVC提出了1种新的控制策略,应用它,SVC可完全补偿三相不平衡负荷,使输电线路上只有三相平衡的有功电流。同时,负荷点的电压也得以平衡,确保了供电点的电压质量[3]。

2 三相不平衡负荷补偿原理

为了说明三相不平衡负荷的补偿原理,首先使用对称分量法对不对称负荷进行分析。如图1所示,不对称的三角形连接负荷由三相对称的正序电压供电,由1台SVC对其进行补偿,SVC的各相电纳可独立调节。对于中性点不接地的星形连接负荷,可通过YO$变换表示成三角形连接负荷,再进行分析。

图1 由平衡的三相正序电压供电的不平衡负荷

以A相对中性点的电压UA为参考向量,那么A,B,C三相的相电压可表示为：

线电压为：

三角形接线中每支路的负荷电流是：

而线电流为：

化简后,得

当选择A相作为基准相时,三相线电流与其对称分量之间的关系为：

式中含有因子1/3,这是为了使对称分量变换矩阵成为酉矩阵,保证变换后功率不变。IA1,IA2和IA0分别为A相线电流的正序、负序和零序分量。B相和C相的对称分量有

由式(6)和式(7)即可求出三相线电流的三组对称分量。从式(7)可以看出,如果A 相线电流的负序分量为0,那么B相和C相线电流的负序分量也等于0。因此,要讨论负序电流的补偿,只需要讨论A相负序电流的补偿。

3 采用相间存在根合的电抗器对三相不平衡负荷进行补偿

相间存在祸合的电抗器网络,由于三相间存在祸合,改变三相间的互感便能改变能量在三相间的分布[4]。这符合通用瞬时功率理论的思想。以三相四线制电路为例,设由相间存在祸合的电抗器组成的补偿网络如图2所示。

补偿网络注入系统的电流(无功电流)为

式(l3)中共有6个未知数,3个复数方程(实部、虚部分开后相当于6个方程)。

图2 三相四线制不对称电路补偿网络

互感与自感之间的约束关系为：

上面各式中,Nl,从,,丛分别为补偿网络a,b,c相的匝数。考虑到同名端的接法,令Nl)0,则从和凡的取值可正可负。

把补偿网络的各相自感和相间的互感当作未知数,对式(12)或(l3)进行精确求解是不实用的。因为,在有些情况下,式(12)是没有解的。即便有解,也有可能不满足约束条件的要求。但可以将补偿网络的各相电感及各相间的互感预先离散化,列出在各种离散情况下补偿网络能够提供的补偿电流,然后根据负载实际的无功电流来查表求得与之最相近的补偿电流,最后根据这一补偿电流对应的各相自感值和各相间的互感值调节补偿网络。这虽不能精确地对负载进行平衡,但却可以比较方便地改善负载的平衡水平。

4 基于静止无功补偿器对三相不平衡化负荷进行补偿

以晶闸管相控电抗器(TCR)为核心的SVC是目前国内外广泛使用的动态无功补偿装置。TCR配合电力电容器,除了可以校正功率因数、稳定系统电压外,还可以补偿三相负荷的不平衡[5]。

瞬时无功功率算法：

以

*

*

()

m

q I U I

，则上式可改写为：

若电压和电流为正弦波，则有：

由上式,在同一时刻采样三相的电压和电流的瞬时值,就可以求出三相需要补偿的电纳。所以,如何实现电压、电流的90 相移是该算法的关键。采用Hilbert 数字滤波器来完成电压、电流的相移,进而求得无功功率,最后算出系统需要的补偿电纳,平衡不对称负载,补偿负载的无功缺损。

5 结论

三相负荷不平衡时应采用就地平衡、就近平衡的原则,必须做到线段上平衡、线路上平衡、小区域就地平衡。调整前对具体调整方案进行分析与筛选，对人员进行分配和分工，调整中作好各种测试数据的记录和统计分析，然后断电就近调整，调整后进行测试和校正[6]。

对于不平衡的三相负荷,只有采用补偿电纳连续可调的分相补偿技术,才能将其补偿为三相平衡负荷。TCR+TSC型的SVC采用晶闸管作为无触点开关,它可根据负荷变化,迅速调整无功功率的输出,实现快速跟踪补偿,使供电电源输出的电流基本为三相平衡的有功电流,改善了供电点的电压质量,减小了不平衡负荷对电力系统的影响。