配电网三相不平衡源的定位

李运堂

摘 要：作为电力系统中的一种常见问题，配电网的三相不平衡会严重影响电网中的电能质量。为了对该问题进行排除，必须对配电网的三相不平衡源进行定位。本文首先分析了配电网不平衡源定位的基本原理和方法，然后运用三项不平衡配电系统进行了仿真研究，对其理论进行了验证。

关键词：三项不平衡；配电网；仿真

中图分类号： TM711 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-110-2

0 引言

中性点非有效接地运行方式在我国的配电网中得到了广泛的应用，其往往具有较大的零序阻抗。同时一般使用不换位架设三相架空线路，并对断线故障和补偿电容、电压互感器和单相高压负载进行了考虑。这也造成三相对地参数不对称的概率较高，容易造成三项不平衡电压。通过配电网三项不平衡源定位，能够找到不平衡问题的根源，从而有的放矢地解决三项不平衡的问题。

1 配电网不平衡源定位的理论和方法

1.1 配电网不平衡源定位的对称分量法

由于电力系统属于三相系统，因此可以使用对称分量法来对三项系统的不平衡问题进行分析。根据该方法，可以在三项系统中选取任意三个相量，组成一组，每组中都包括零序分量、负序分量和正序分量。基于叠加原理，将独立的三组对称三相系统组合起来，能够使其成为一组三项不对称的系统[1]。

①零序分量。假设三相相量分别为a、b、c，则三相相量就是Fa（0）、Fb（0）、Fc（0），Fa（0）、Fb（0）、Fc（0）的相位和幅值是相同的。可以用Fa（0）=Fb（0）=Fc（0）来表示三相相量之间的关系。

②负序分量。三相相量分别为a、b、c，则三相相量就是Fa（2）、Fb（2）、Fc（2），Fa（2）、Fb（2）、Fc（2）的幅值是相同的。在相位方面，c相与b相相比，超前了120°，b相又比a相超前120°。旋转转子可以用α来表示，也就是α乘以某相量，则表示这个相量进行了逆时针120°旋转。可以用α2Fa（2）= Fc（2）、αFa（2）=Fb（2）、Fa（2）=Fa（2）来表示三个相量之间的关系。

③正序分量。三相相量分别为a、b、c，则三相相量就是Fa（1）、Fb（1）、Fc（1），Fa（1）、Fb（1）、Fc（1）的幅值是相同的。在相位方面，b相与c相相比，超前了120°，a相又比b相超前120°。可以用αFa（1）=Fc（1）、α2Fa（1）=Fb（1）、Fa（1）=Fc（1）。

1.2 配电网等效电路

作为一个三项平衡电压源，发电机主要是通过线路阻抗和系统阻抗来向负荷供电。图1为三相平衡负荷等效电路示意图，从图中可以看出系统中的有功功率会流向负荷，此时的负荷是三相平衡。图中的PS1表示线路损耗、PL1表示发电机侧流向三相平衡负荷的正序功率、Pg1表示发电机提供的正序功率[2]。

但是如果有不平衡负荷出现于负载中，那么一部分被不平衡负荷吸收的正序功率就会变成负序功率，并向发电机侧回馈。此时的发电机会成为一个实际的阻感负荷，并向其他负荷和系统输入负序电流。流向其他负荷和系统的不平衡负荷也就是有功功率。三相不平衡负荷等效电路如图2所示。

如果电力系统比较复杂，还会出现以下一些情况。第一，不平衡负荷为用户，正弦波为电源。此时正序功率会被不平衡负荷吸收，变成了负序功率。此时其他用户和电源中都会倒流进一部分负序功率。这样一来用户不仅会减少一部分应交电费，而且还会污染整个电网。

第二，平衡负载使用了三相不平衡电源，此时用户的用电设备会受到负序功率的影响，不仅可能损坏用户的设备，还使用户必须承担更多的电费。第三，除以上两种情况外，还会出现比较复杂的三相不平衡电流负荷情况。此时以上两种情况都可能发生。

1.3 对配电网三相不平衡源进行定位

以以上结论为依据，对配电网的三相不平衡源进行定位。

①电流测量量程为IB，如果0.03IB≥IL2，或者β的范围在-90°至-80°之间，或者0.02UL1≥UL2。如果如果ZS2（系统负序阻抗）比ZL2（负荷负序阻抗）小，那么IL2的流向是系统到负荷。反之， ZS2（系统负序阻抗）和ZL2（负荷负序阻抗）处于同一个数量级，那么IL2的流向是负荷到系统。

②如果0.03IB

2 对配网三相不平衡源定位进行仿真

本文建立了三项不平衡配电系统模型，对三相平衡电源进行仿真模拟。该模型中的负荷有两个，分别为Load1和Load2，三相不平衡负荷用Load1表示，三相平衡负荷用Load2表示。图3为三相不平衡配电系统等效仿真模型图，本文测量并分析了C1、C2、Cs三个测试点的三相电压电流。

根据分析结果可知，使用分量分解的方式对三相负荷平衡侧的电压电流进行分析，对称分量分解后的负序阻抗角属于第一象限。而对三相负荷不平衡侧对电压电流进行测试，然后对其进行对称分量分解，序阻抗角属于第二象限。而且此时的系统负序阻抗和负序阻抗的幅值基本相等，能够对上文的配电网三相不平衡源定位的理论进行验证。

鉴于现场进行断电测试有一定的困难，因此本次实验使用了电能质量测试分析仪器来对新两钠配电室的末端和前端在不同时间段内的相位、电流幅值和基波电压进行了测量，以此来判断造成三相电压不平衡的原因。

根据测试结果可知，新两钠末端的电压不平衡度已经超过了国家标准，达到了2.1%，必须将不平衡源找出来，才能制止其对电网的污染。而通过分析不平衡源的定位可以发现，新两钠末端的负荷的负序阻抗和正序阻抗都在第一象限，阻感性的电动机负荷则位于新两钠的末端，因此新两钠末端并未出现三相不平衡的情况。此时再进一步测试新两钠前端可以发现负序阻抗角不到-90°，因此电动机负荷和配点电缆负荷等效后就出现了不平衡的情况。前段三相电缆参数的不平衡直接导致了端三相电压不平衡。

3 结语

本文通过理论分析和仿真研究，提出了配电网三相不平衡源的定位方法，能够对三相配电系统的三相不平衡源进行准确的定位。尽管本文提出的方法仍然存在一些制约因素，在判断准确性方面还有提高的空间，但是当前绝大部分电能质量测试仪器的准确度都能够达到相关要求。

参 考 文 献

[1] 朱兴文，衣兰妹，原玉.220kV辅助变压器低压侧电压不平衡原因分析及处理[J].电工技术，2016（02）.

[2] 杨新华，雷洋洋，吴丽珍，汪龙伟.逆变型微源离网运行下电压不平衡动态补偿策略[J].电气应用，2016（08）.