文档介绍：《电能优化技术》
课程综合论文
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班级: 电气
专业: 电气工程及其自动化
学院: 电气与信息工程学院

三相不平衡对电网的影响及无功补偿

在低压配电网中由于存在的大量电感性负荷及三相负荷用电的不同时性,尤其是单相大容量负荷的使用,造成配电网处在不平衡状态下运行,这将给配电网带来很大危害,如造成电网功率因数低、增加配电网线路和设备的损耗,影响电网电能质量等。因此,研究三相不平衡电网运行的补偿理论和算法,实现配电网三相负荷平衡化。降低线路损耗和提高电能质量,都具有相当重要的经济意义和社会效益。
0 引言
功率因数低和三相不平衡是电网尤其是低压配电网普遍存在的两大问题。在现代电力系统中,线路、变压器、异步电动机等设备元件都要消耗无功功率,如果这部分无功功率得不到补偿,将造成大量无功功率的流动,使电网功率因数低下,增加电力系统的有功功率损耗、降低设备利用率、影响输电能力等,给系统运行的安全性、稳定性和经济性都带来不利影响。因此,无功功率控制已成为保障电力系统稳定运行的必要措施。这种情况下,必须对无功进行补偿,无功功率补偿对电力系统具有重要意义。
在实际系统中,三相不平衡和无功功率往往同时存在,最好的方法是在补偿无功功率的同时实现系统的三相负荷平衡[1-3]。所以,可以对电网进行分相补偿和调控,以解决无功、三相不平衡带来的负序电流电压等对电网的不利影响以及电网运行的经济性,最终改善电网的质量。
1 三相负荷平衡化理论
相间负荷不平衡补偿的基本原理
平衡的三相系统总功率是恒定的且与时间无关,而不平衡的三相系统的总功率却是在其平均值上下脉动。因此,将不平衡三相系统变换成平衡的三相系统时,在变换设备中应该设有能够暂时储积电磁能量的电感线圈和电容器的电路元件。根据Steinmetz原理[4-5],对于符合不对称的三相系统,通过在各相间并联适当的补偿导纳,可以使不平衡的三相负荷变换成一个平衡的三相有功负荷且不会改变电源和负荷间的有功功率交换。
负荷不平衡补偿原理
在相间负荷不平衡的平衡化例子基础上,可以导出一般不平衡三相负荷的平衡化原理。首先,所有的无中性线的星型接线都可以变换三角型接线,在变换后,把负荷和补偿器均用导纳模型来处理,这样便于向量分析。这里以三相三线制线路的负荷不平衡补偿为例加以说明。假设电源电压平衡,三相三角型负载,可以看作三个单相负载。以ab相为例,ab相阻抗以导纳形式表示为Yab,由导和电纳
组成,即Yab = Gab + jBab0 。下面,将这个三相负荷补偿为对称模型。首先,把负荷补偿为功率因数为1。做出加入补偿导纳的模型如图 1和图 2所示[2]。
图1 D△接线的三相不平衡负荷
图2 三相平衡化原理图
设用于提高功率因数的这部分电纳为Bab1=-Bab0 ,Bbc1=-Bbc0 ,Bca1=-Bca0 。这样,线路传输的都是有功功率,相间的电导分别为Gab ,Gbc ,Gca ,仍不对称。为平衡Gab,做如下补偿:在b、c相间接入电容性,同时,在c、a相间接入电感性电纳Bca2=-Gca ∕。同理,可类似地补偿Gbc ,Gca 。最后,可由以上分析得到补偿电纳为
Bab=-Bab0 +(Gca - Gbc)∕
Bbc=-Bbc0 +(Gab - Gca)