·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SVC1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+jBlbcbcbc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cacacaYl=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cacaBr=-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,bcbcab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ababcabcBr=-Bl+(Gl-Gl)/3211理想补偿导纳网络bcbcabcaBr=-Bl+(Gl-Gl)/3(2)假设电源电压是平衡的,负荷用图1a的三角cacabcababbccaBr=-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α2αUa=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ab2caIa=[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