电压不平衡度在电网中的分布规律

陈 立，申双葵*，朱 毅，马 斌，郭 蕾

(1.国网四川省电力公司成都供电公司，成都 610041；2.西南交通大学 电气工程学院，成都 610031)

电压不平衡度在电网中的分布规律

陈 立1，申双葵1*，朱 毅2，马 斌2，郭 蕾2

(1.国网四川省电力公司成都供电公司，成都 610041；2.西南交通大学 电气工程学院，成都 610031)

牵引负荷是电力网电压不平衡的主要原因，为治理电气化铁路负序问题，首先给出牵引负荷产生的负序电流的通用计算方法，并结合牵引变电所实测负荷数据，以某电力系统为例，通过编程、仿真分析了牵引负荷引起的电压不平衡度在电网中的分布规律。结果表明：1)从单个牵引变电所来看，阻抗匹配平衡变压器具有非常好的降低负序的效果；2)牵引负荷对高电压等级节点的电压不平衡度的影响很小；3)电压不平衡度随节点距牵引变电所的距离的增大而减小。

牵引负荷；电压不平衡度；分布规律

除牵引负荷、电弧炉等负荷外，正常运行的电力系统三相基本平衡[1]。随着我国高速铁路的发展，由于牵引负荷的电流大而造成的负序问题愈加突出[2-3]。因此，牵引负荷产生的电压不平衡问题得到国内外学者的关注[4-8]，目前普遍根据牵引变压器的接线计算出其一次侧的三相电流，求出注入电力系统的负序电流，由此计算在电力网中引起的电压不平衡度[9]。然而，牵引变压器接线形式多样，其分析较为繁琐。本文给出了负序电流的统一分析方法，结合牵引负荷实测数据，以实际电网为例，仿真分析了电牵引负荷产生的负序电流在电网中的渗透规律。

1 仿真算法

1.1 牵引负荷产生的负序电流

对牵引负荷产生的负序电流的分析一般采用对称分量法[10]，该方法需要分析人员熟悉牵引变压器的接线方式。文献[10]提供了一种适用于任意接线方式的变压器的分析方法，称之为统一负序分析方法。该方法将牵引负荷与电力系统的连接简化，如图1所示。

图1 系统划分

(1)

(2)

(3)

(4)

再由功率守恒原理(忽略变压器内部损失)得

(5)

(6)

由对称分量法可得到正序、负序电流：

(7)

1.2 电力网电压不平衡度的理论分析

得到各牵引变电所注入电力网的负序电流后，对电力网进行负序建模，形成负序网络的节点电压方程：

(8)

其中：节点电压方程中的电流为各节点注入电力网的负序电流。若某节点无注入电力网的负序电流，则可将其设为零。

得到负序电压后，由εU=U(-)/U(+)×100%可计算出电压不平衡度。

1.3 相关国家电能质量标准简介

GB/T 15543—2008 《电能质量三相电压不平衡》规定[11]：电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%。

2 算例分析

某地区电力网结构如图2所示，其中1#电力变电所将电压从500 kV降到220 kV，2#电力变电所将电压从220 kV降到110 kV，3#～4#电力变电所均为110 kV地方变电所。各节点的电压等级和相对位置如表1所示。

为显示负序电流的传播规律，本文仅研究一个牵引变电所带牵引负荷的情况。牵引负荷采用实测电流数据作为供电臂上的等效负载。1#牵引变电所左右供电臂电压、电流负荷曲线如图3所示。

图2 系统结构图

表1 节点相对位置和相应的电压不平衡度仿真值

监测点电压等级/kV距节点1的距离/km电压不平衡度/%两臂均带负荷仅超前相带负荷11100 00．3420．580211058 00．3060．52331102．30．3400．581411045 00．3390．5805110116 00．2560．437611082 00．3060．52372200 00．2440．416822063 00．1350．231

当1#牵引变电所带负荷时，对所建模型使用现场实测数据进行仿真，可得各监测点负序渗透数据如表1和图4所示。为显示电压不对称与该节点位置之间的关系，表1和图4也给出了相应的位置。将两供电臂带负荷与超前相供电臂单独带负荷时的电压不平衡度对比，可说明阻抗匹配平衡变压器降低负序的效果。

(a) 左供电臂电压、电流曲线

(b)右供电臂电压、电流曲线

(a)两臂均带负荷

(b) 仅超前相带负荷

由仿真结果可知：1)由表1可见，两供电臂带负荷时的电压不平衡度反而低于超前相供电臂单独带负荷，说明阻抗匹配平衡变压器对降低负序有非常好的效果。2)由表1可知，220 kV节点的电压不平衡度普遍低于110 kV节点，说明电压等级越高，牵引负荷引起的负序电压对公共连接点不平衡度的影响越小。3)由图4可知，节点距公共连接点越远，其电压不平衡度越小，显示出电压不平衡度的衰减特性。

当整个电力系统有多个牵引变电所时，电力系统中任意节点的电压不平衡度相互叠加，难以说明电压不对称度的分布特征，故本文未给出相应的仿真结果。由进一步的仿真可知，当电力网中有多个阻抗匹配牵引器时，因牵引变电所均采用轮换接线，其降低负序的总体效果较其他接线变压器优势并不大。

3 结语

通过仿真分析可知：1)从单个牵引变电所来看，阻抗匹配平衡变压器具有非常好的降低负序的效果；2)牵引负荷对对高电压等级节点的电压不平衡度的影响越小；3)电压不平衡度随节点距牵引变电所的距离的增大而减小。

[1] 林海雪.电力系统三相不平衡[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2] 李群湛.我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题[J]. 铁道学报,2010,32(4):119-124.

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[9] 李群湛,贺建闽.牵引供电系统分析[M].成都:西南交通大学出版社，2007.

[10] 李群湛.牵引变电所供电分析及综合补偿技术[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[11] 全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.GB/T 15543—2008.电能质量三相电压不平衡[S].北京：中国标准出版社,2008.

Distribution Law of Voltage Unbalance in Power Grids

CHENLi1,SHENShuangkui1*,ZHUYi2,MABin2,GUOLei2

( 1.Chengdu Power Supply Company, State Grid Corporation of China, Chengdu 610041,China; 2.School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,China)

Traction load is the main reason for the unbalanced voltage of electric power networks. The general calculation method for negative sequence current of traction load is given, and the distribution law of voltage unbalance in power system is analyzed by means of the load data. The results show that: 1) from a single traction substation, the impedance matching balance transformer has a very good effect of reducing the negative sequence, 2) traction load on the voltage level of high voltage, the impact is very small; 3) the voltage unbalance degree decreases with the increase in the distance between the nodes.

traction load; voltage unbalance; distribution

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2015.04.004

2015-04-01

国家自科基金项目“高速铁路接触网在线防冰的基础理论研究”(51307142)

陈立(1967— ),男(汉族)，四川成都人，高级工程师，博士，研究方向：电力系统调度、电力系统继电保护等。 申双葵(1982— ),男(汉族)，湖南邵东人，工程师，硕士，研究方向：电力系统调度、电力系统继电保护，通信作者邮箱：12053214@qq.com。

TM922.3

A

2095-5383(2015)04-0011-03