三相不平衡与无功功率综合补偿系统的研究.pdf

·电力电气·《电工技术杂志》2004年第12期

三相不平衡与无功功率综合补偿系统的研究

张永军孟文博赵积春王学秀
(北京科技大学信息学院100083)

摘要在中低压配电网中,三相负荷随机变化,产生三相不平衡,从而给电网带来了一系
列的问题。本文针对三相不平衡负荷的补偿原理进行了深入的研究,提出了补偿算法,并且设计
了无功功率和三相不平衡补偿的综合系统。仿真结果和实际运行表明,此方法是有效的。
关键词三相不平衡无功补偿对称分量法SVC

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图1三相不平衡负荷的补偿
ababab
———三相不平衡。在中低压配电网中,三相负荷随Yl=Gl+jBl
bcbcbc
机变化,三相负荷不平衡会引起旋转电机的附加发Yl=Gl+jBl(1)
热和振动,危及其安全运行和正常出力,引起以负cacaca
Yl=Gl+jBl
序分量为起动元件的多种保护发生误动作这对电
,首先从功率因数校正入手,在每一负荷导纳上
网安全运行是有严重威胁的。目前较先进的无功补
并联一个等于负载导纳负值的补偿导纳,使得负荷
偿装置就是采用晶闸管投切的TSC装置,但是ababbcbc
导纳变成纯电导,即令Br=-Bl,Br=-Bl,
TSC只是使无功补偿的效果较好,防止了过补与caca
Br=-Bl,如图1b所示,三相功率为1,但仍
欠补而对不平衡改善是有限的。在生产实际中
,,abbc
然是不平衡的。各相分别为纯电导Gl,Gl,
三相不平衡和无功功率是经常同时出现的,在此所
ca。为了平衡ab在相和相之间连接电容性
研制的综合补偿系统则实现了用一个装置对不平衡GlGl,bc
bcab
与无功进行补偿。电纳Br=Gl/3,同时在c相和a相间接入电感
caab
为了实现这个目的,本文提出了一种新的控制性电纳Br=-Gl/3。同理,bc与ca之间的纯
bcca
策略,采用TSC+TCR型SVC装置,不但可以完全电导Gl,Gl可以依次用相同的办法来加以平衡。
补偿无功功率,而且完全补偿三相不平衡负荷的有和功率因数校正电纳相结合,则三角形中每一支路
功电流,实现了无功补偿与三相不平衡补偿的统一。都有三个并联补偿电纳,这些电纳加在一起,便得
到三相三角形接法的理想补偿网络。
2三相不平衡与无功补偿的原理
ababcabc
Br=-Bl+(Gl-Gl)/3

211理想补偿导纳网络bcbcabca
Br=-Bl+(Gl-Gl)/3(2)
假设电源电压是平衡的,负荷用图1a的三角
cacabcab
abbccaBr=-Bl+(Gl-Gl)/3
形连接网络表示。图中Yl,Yl,Yl是复数并
且不相等。任何不接地的星形连接负荷通过Y—△212用对称分量法分析负荷补偿
变换都可以表示成图1a的三角形连接形式。在研究不对称的三相电路中,广泛使用对称分
设量法。这个方法是将电路不对称部分化为电压、电
—63—
《电工技术杂志》2004年第12期三相不平衡与无功功率综合补偿系统的研究

流不对称的边界条件,其余的电路仍视为对称的线式(8)就是希望得到的用负荷线电流相量

性电路。而任何一组不对称的三相相量(如电压、Ia(l),Ib(l),Ic(l)表示的补偿电纳。
电流等)A,B,C都可以分解成相序各不相同的
三相对称的三相相量。3综合补偿系统的设计
生产实际中负荷的导纳不易测量,所以用通常311补偿系统的主电路设计
的三相不平衡补偿原理推倒出来的算式,只能作为补偿系统主电路采用了TCR+TSC的混合型
原理的说明,而不具有实际补偿意义。静止补偿器装置,目的在于使三相补偿导纳连续可
本文将依据下面的对称分量法导出用线电流和调,如图2所示。电容器和电抗器均采用三角形连
电压表示的补偿导纳的公式。接,避免线电流中产生零序分量。
图1a的不平衡负荷由平衡三相正序电压供电,在这种混合
各相对中性点电压的有效值是装置中,总的无
α2α
Ua=UUb=UUc=U功功率为TCR与
°
其中α=ej120=-(1/2)+j(3/2)并联的电容器无
线电流为功功率抵消后的
ab2ca
Ia=[Yl(1-α)-Yl(α-1)]U净无功功率,因
I=[Ybc(α2-α)-Yab(1-α2)]U()而补偿器的总体
bll3图2TSC+TCR主电路示意图
cabc2无功电流既可以
Ic=[Yl(α-1)-Yl(α-α)]U
线电流的相序对称分量由下式给定偏置到吸收容性无功,也可以偏置到吸收感性无功
的范围内;这种混合装置,只需在对消那组固定电
I