PDF《关于三相不平衡的介绍》

关于三相不平衡的介绍 关于三相不平衡的介绍 概述 本文将讨论三相电压和电流的不平衡.

由于不平衡电流是引起不对称电压的重要原因, 并且 电压不平衡是一个公认的电能质量参数, 本文如标题所示意, 主要讲述三相正弦电压的不平 衡. 首先定义这种现象, 然后给出一些量化所需的基本参数. 对数学公式不感兴趣的读者可以忽 略这些方程式,直接跳到关于限值、原因和影响的那一节.最后简要介绍了一些抑制技术. 什么是三相不平衡? 定义 三相电气系统如果三相电压和电流具有相同的幅值、并且相位互相差 120?,则被称为平衡 或对称的系统.如果其中的一个或两个条件不满足,则称为不对称或不平衡的系统. 本文简单地假设波形为正弦波,不含有任何谐波. 量化 为了量化三相系统电压或电流的不平衡,采用所谓的 Fortescue 分量或对称分量.三相系统 分解成所谓的正序、负序和零序系统,用下标 d、i、h 来表示(在一些文章中也采用

1、

2、

0 的下标) . 它们采用三相电压或电流矢量的矩阵变换来计算.下标 U、V、W 来表示不同的相(有时也 采用下标 a、b、c. ) .这里的数学表达式是针对电压 U 而言,但是这个变量可以用电流 I 替代,没有任何问题: (1) 式中旋转算子 α 的计算公式为: 这些变换是能量恒定的,因此,采用原有值或转换值计算出的任何电能量具有相同的结果. 逆变换为: (2) 正序系统与正向旋转磁场有关,而负序系统则生成一个反向旋转磁场(图1) .就交流电气 设备而言,这是对旋转磁场的正确物理释译. 零序分量具有相同的相角,只是振荡.在没有中性线的系统中零序电流显然不能流通,但在 供电系统星形接线 零电压 中性点和负载中性点之间可能会产生很大的电压差. 图1―对称分量的图形描述,注意正序(左面图形)分量和负序(中间图形)分量按照实际 电压矢量反向标注. 图2所示为将不平衡系统分解成了相应的分量. 这些分量,特别是正序和负序分量,在实际中不是直接测得的.对采样电压和电流进行以上 数学运算的数字测量设备比采用传统模拟设备更加容易实施. 在电压和电流的正序和负序分量量值之间的比率 UU(电压)和UI(电流)分别是不平衡的 测量值(以%表示) : UU = 100% * Ui / Ud(3) 例如,这样的比率已经用于与电能质量相关的标准,如EN

50160 或IEC 1000-3-X 系列 标准. 如果合适,有时也定义一个类似比率用于表示零序量值与正序量值之间的关系. 计算电压比率的一个简单近似方法是: UU ≈ 100% * SL / SSC(4) 图2:采用图

1 中的分量进行图形分解(将用 U、V、W 表示的三相分量用相应得矢量分解 以获得真实的不平衡系统. ) 这个比率只是采用负载视在功率 SL 和供电电路的短路容量 SSC. 在标准中对确定这些参数的完整测量程序进行了介绍. 它们采用统计技术决定在一定时间间 隔之内的⑶-⑷的平均值. 限值 国际标准(例如 EN

50160 或IEC 1000-3-X 系列)给出了由(3)定义的不平衡比率的限 值,对于低压和中压系统 <

2%,高压系统 <

1%,它是

10 分钟间隔时间得测量值,具有

4 %的瞬时最大值.然而,这些限值可以就地降低,在英法海底隧道的英国一侧甚至低于 0.25%,该隧道的火车系统是一个大型单相负载.对高压系统设置更低限值的原因是通常它 们设计用于具有平衡阻三相负载的最大容量. 任何不平衡会导致高负荷传输系统的低效率运 行.在进行低电供电系统设计时,对单相负载供电是其中一个主要目的,因此系统和连接负 载必须设计成能够容忍较大的不平衡. 例如,对额定容量为