三相系统不平衡补偿的研究(图文)
三相不平衡怎么办？老师傅教你三招搞定
三相不平衡怎么办？老师傅教你三招搞定三相不平衡是电能质量的一个重要指标，虽然影响电力系统的因素有很多，但正常性不平衡的情况大多是因为三相元件、线路参数或负荷不对称。
由于三相负荷的因素是不一定的，所以供电点的三相电压和电流极易出现不平衡的现象，损耗线路。
不仅如此，其对供电点上的电动机也会造成不利的影响，危害电动机的正常运行。
因此，如果三相不平衡超过了配电网可以承受的范围，那么整体的电力系统的安全运行就会受到影响。
三相不平衡的基本概念图例：理想的三相波形图与不平衡时的三相波形图三相电流不平衡度计算方法一般有以下常用的两个公式：不平衡度%=（最大电流-最小电流）/最大电流×100%不平衡度%= （MAX相电流-三相平均电流）/三相平均电流×100%举个例子：三相电流分别为IA=9A IB=8A IC=4A，则三相平均电流为7A，相电流-三相平均电流分别为2A 1A 3A，取差值最大那个，故MAX （相电流-三相平均电流）=3A，所以三相电流不平衡度=3/7。
引起三相不平衡的原因有哪些？引起三相电压不平衡的原因有多种，如：单相接地、断线谐振等，运行管理人员只有将其正确区分开来，才能快速处理。
1. 断线故障如果一相断线但未接地，或断路器、隔离开关一相未接通，电压互感器保险丝熔断均造成三相参数不对称。
上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但二者电压值接近。
本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。
2. 接地故障当线路一相断线并单相接地时，虽引起三相电压不平衡，但接地后电压值不改变。
单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。
金属性接地，故障相电压为零或接近零，非故障相电压升高1.732倍，且持久不变；非金属性接地，接地相电压不为零而是降低为某一数值，其他两相升高不到1.732倍。
3. 谐振原因随着工业的飞速发展，非线性电力负荷大量增加，某些负荷不仅产生谐波，还引起供电电压波动与闪变，甚至引起三相电压不平衡。
三相不平衡调节及无功补偿装置
三相不平衡调节及无功补偿装置□杨嘉文１概述在中、低压配电网系统中，存在着大量的单相，不对称、非线性，冲击性负荷，三相负荷系统是随机变化的，这些负荷会使配电系统产生三相不平衡，三相负荷不平衡会导致供电系统三相电压、电流的不平衡，引起电网负序电压和负序电流，影响供电质量，进而增加线路损耗，降低供电可靠性。
因此电力变压器运行规程规定，Ｙ／Ｙ０变压器的中线电流不能超过额定电流的２５％。
由以上可知对负荷不平衡、无功短缺进行补偿对配电网来说有很大的实用价值，它可以降低线损，提高电能质量，增加配电网的可靠性。
由于负荷分配不均，负荷性质也不一致，造成低压供电系统无功不足，负荷不平衡。
尤其是经济水平较为发达的地区表现更为明显。
无功不足、负荷不平衡这两个问题已成为配电系统的两大难题。
针对无功不足的问题，国内解决的办法是：合理配置低压无功补偿电容器，其补偿的原则多数是共补与分补相结合，并采取可控硅投切、接触器运行的技术模式并附加电压质量监测系统，其采取手段多是通过远红外或ＧＰＲＳ通讯系统去实现。
目前这项技术已基本成熟，但它没有考虑到如何去改善配电低压系统三相不平衡的情况，投切不当时，反而增加不平衡的情况。
因此，三相不平衡的问题已成为当前配电系统亟待解决的问题，也是配电系统的技术空白。
２项目的实施的意义低压配电网是电力系统的末端，低压配电网采用三相四线制方式，配电变压器低压侧采用Ｙｎ０接线，电网的不平衡会增加线路及变压器的损耗，降低变压器的出力，影响电网的供电质量，甚至会影响电能表的精度，造成计量系统计费损失，由于三相负荷不平衡造成中线电流增大，会降低供电系统的可靠性，影响配电系统的安全运行。
２．１中线电流带来的变压器损耗２．１．１附加铁损Ｙ／Ｙｎ０接线的配电变压器采用三铁心柱结构，其一次侧无零序电流，二次侧有零序电流，因此二次侧的零序电流完全是励磁电流，产生的零序磁通不能在铁心中闭合，需通过油箱壁闭合，从而在铁箱等附件中发热产生铁损。
三相不平衡治理-20180409
三相不平衡治理一、概述：三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定围。
各相负载分布不均、单相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入是导致三相不平衡的主要原因，由于城市民用电网及农用电网中存在大量单相负载，使得当今三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。
电网中的三相不平衡会增加线路及变压器的铜损，增加变压器的铁损，降低变压器的出力甚至会影响变压器的安全运行，会造成因三相电压不平衡而降低供电质量，甚至会影响电能变的精度而造成计量损失。
三种不平衡特征：1、有功功率不平衡2、无功功率不平衡3、电流相位不平衡（有功无功组合不平衡）二、危害：1•增加线路及配电变压器电能损耗在三相四线制供电网络中，电流通过线路导线时，因存在阻抗必将产生电能损耗，其损耗与通过电流的平方成正比，当相电流平衡的时候，系统的电能损耗最小。
例如设某系统的三相线路、变压器绕组每相的总阻抗为Z （暂不记中性线），如果三相电流平衡，IA=100A , IB=100A,IC=100A,则；总损耗=100 2Z+100 2Z+100 2Z=30000Z 。
如果三相电流不平衡，IA=50A , IB=100A,IC=150A ，贝卩；总损耗=50 2Z+100 2Z+150 2Z=35000Z。
比平衡状态的损耗增加了17%。
在最严重的状态下，如果IA=0A，IB=0A,IC=30OA ，贝卩；总损耗=300 2Z =90000Z。
比平衡状态的损耗增加了3倍。
可见不平衡度愈严重，所造成损耗越大。
2.降低配变变压器出力以及增加铁损配变设计时，其绕组结构是按负载平衡运行工况设计的，其绕组性能基本一致，各相额定容量相等。
配变的最大允许出力要受到每相额定容量的限制。
假如当配变处于三相负载不平衡工况下运行，负载轻的一相就有富余容量，从而使配变的出力减少。
其出力减少程度与三相负载的不平衡度有关。
三相负载不平衡越大，配变出力减少越多。
三相不平衡的原因故障判断和解决方法
三相不平衡的原因故障判断和解决方法一、三相不平衡的基本概念三相不平衡是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围。
由于各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配置问题。
发生三相不平衡即与用户负荷特性有关，同时与电力系统的规划、负荷分配也有关。
在电网系统中，三相平衡主要指的是三相的电压相量的大小相等，而且如果按照A、B、C的顺序进行排列，他们两两之间构成的角度都为2n/3。
而三相不平衡就是指相量大小、角度的不一致。
《电能质量三相电压允许不平衡度》(GB/T15543-1995)适用于交流额定频率为50 赫兹。
在电力系统正常运行方式下，由于负序分量而引起的PCC 点连接点的电压不平衡。
该标准规定：电力系统公共连接点正常运行方式下不平衡度允许值为2%，短时间不得超过4%。
三相电流不平衡度计算方法一般有以下常用的两个公式：不平衡度%=（最大电流-最小电流）/最大电流×100%不平衡度%=（MAX相电流-三相平均电流）/三相平均电流×100%举个例子：三相电流分别为IA=9A IB=8A IC=4A，则三相平均电流为7A，相电流-三相平均电流分别为2A 1A 3A，取差值最大那个，故MAX（相电流-三相平均电流）=3A，所以三相电流不平衡度=3/7。
二、引起三相不平衡的原因引起三相电压不平衡的原因有多种，如：单相接地、断线谐振等，运行管理人员只有将其正确区分开来，才能快速处理。
1. 断线故障如果一相断线但未接地，或断路器、隔离开关一相未接通，电压互感器保险丝熔断均造成三相参数不对称。
上一电压等级线路一相断线时，下一电压等级的电压表现为三个相电压都降低，其中一相较低，另两相较高但二者电压值接近。
本级线路断线时，断线相电压为零，未断线相电压仍为相电压。
2. 接地故障当线路一相断线并单相接地时，虽引起三相电压不平衡，但接地后电压值不改变。
单相接地分为金属性接地和非金属性接地两种。
10KV配电系统三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置研究与运用
10KV配电系统三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置研究与运用摘要：电力系统是国民经济的重要基础，而配电系统就是电力系统的关键设备。
由于供电设备的结构及功能不同，在我国电力系统中配网的类型、结构和功能各异。
但是无论在什么条件下，配网都不可能做到随心所欲，能够做到统一规划指挥。
如果不能实现统一规划、统一指挥和统一管理，就会出现大量的重复建设和投资浪费；又由于配电网中运行管理系统不完善、故障处理效率低；又会造成大量电能消耗；更严重会给供电设备造成不可预估的损害。
配电网系统作为电力系统的重要组成部分，为保证其正常运行发挥着重要作用。
目前有两种技术可用于配电网三相负荷不平衡自动调整及无功补偿装置的研究与应用[1]。
本文根据本地区配电系统特点和故障现象对不平衡自动调整及无功补偿装置进行研究，并提出了相应改进方案和安装调试方案。
关键词：配电系统；三相负荷；无功补偿引言：通过三相负荷不平衡自动补强技术可以及时修正三相负荷不平衡并使三相负荷不平衡值得到控制，保证用电质量。
三相负荷不平衡自动补强技术采用直流电机转子补偿技术在运行中可将其投入正常运行模式，不影响正常运行时间而降低运行成本。
通过对上述技术的研究可以提高系统运行可靠性同时降低运行成本。
1、配用电设备的特性本地区的配电设备为双电源配电系统，一般分为三相配电箱、三相配电箱等。
配电箱是供配电系统中用电设备之间的连接，一般都设有隔离开关。
三相配电箱一般是作为一个配电控制站。
三相负荷为一组单极进行调节，三相间隔由一台电动机进行控制。
当系统受到突发故障时，该单孔或多孔设备可以自动切换单面运行或切换双面运行模式。
三相配电箱作为一个配电控制站可将系统在不同时段的各种不同功率负荷情况传送到不同用电设备处，为其提供电能。
由于用电设备为固定时间工作，所以往往不会出现三相负荷不平衡现象。
2、三相负荷不平衡自动补强技术三相负荷不平衡补强分为补偿和调整两种方式，其中补偿是指通过控制装置将被不平衡负荷中的一相负荷加以自动补偿来达到补强的目的。
关于三相不平衡介绍
第二，轴承由于在双重系统频率处的感应转矩分量可能遭受机械损坏。 最后，定子，尤其是转子，出现过热，可能导致快速热老化。这些热量是由从转子看过去的 反向磁场的快速旋转（相对的方向）而产生的有效电流感应所引起的。为了消除这些额外热 量，电动机必须降容，可能需要换装一个较大额定功率的电动机。
图 3—作为不对称负载连接事例的交流铁路连接 T 型连接 V 型连接
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 ≈ 10
受负序电压影响的变压器将它们按照与正序电压相同的方式压变。零序电压取决于一次绕组 和二次绕组的连接方式，特别是有无中线。例如，如果一侧为三相四线连接，中线电流可以 流过。如果另一侧绕组为三角形连接则零序电流转变成为三角形绕组中的循环电流（导致发 热）。相应的零序磁通将穿过变压器的结构部分，在象油箱这样的部件中引起寄生损耗，有 时为此需要额外降容。
三相不平衡是怎样引起的？
电力系统调度人员努力在配电电网和用户内部网路之间的 PCC 处提供一个三相平衡系统。 在正常条件下，这些电压由以下决定： z 发电机的端子电压； z 电气系统的阻抗； z 在输电和配电电网内负载汲取的电流。
由于在大型集中发电厂广泛采用同步发电机，因此从发电厂出来的系统电压总体上是高度对 称的。集中发电通常不会产生不平衡。即便是采用感应式异步发电机，例如一些类型的风力 透平机，仍可以获得平衡的三相电压。
（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：
浅析供配电系统三相不平衡的无功补偿
浅析供配电系统三相不平衡的无功补偿单相电器在三相供电中数量多，引起三相不平衡的同时还导致无功补偿难度加大。
论文分析了三相不平衡的无功补偿问题，采用先三相共同补偿，再单相独立补偿的混合补偿方法，避免在三相共同补偿时出现过补偿和欠补偿情况。
保证了无功补偿的高效性、可靠性、经济性，取得较好效果。
【Abstract】In the three-phase power supply，the number of single-phase power supply is more and more serious，which leads to the unbalance of three-phase power supply and increases the difficulties of reactive power compensation. In this paper，the problem of unbalanced three-phase reactive power compensation is analyzed，which is based on the method of three-phase compensation and single-phase independent compensation. It can avoid the overcompensation and under compensated phenomenon in the process of three-phase reactive power compensation，ensure the high efficiency，reliability and economy of reactive power compensation.【關键词】无功补偿；三相不平衡；电容器1 问题的提出目前，在用电设备中大多数为感性负载，消耗有功功率的同时，还产生大量无功功率，导致功率因数（cosφ）偏低。
基于三相线电流平衡化的三相不平衡补偿技术研究
率 。
１ 平衡 化 的 实现 ．
设 计 的最 终 目的是 实 现 电 网 中三 相 间线 电流 的 平衡 ，在 此 基 础 上 ，进 一 步 优化 三相 线 电 流 为 纯 有 功 电流 。为 此 ，需
文 章 编 号 ：１ ０— ９３ （０ ２ ０ ０ ８ — ２ ０ ６ ７ ７ ２ １ ：１－ ０ ５ ０
一
、
引言
图 ｌ中 ，补 偿 网络 与 系 统 负 载 并联 运 行 ， 即可 实 现 Ａ、 Ｂ、 ｃ 三 相线 电流 的平 衡 化 、有 功 化 。
２ 滤 波 器设 计 ．
电力 系统 正常 运 行 时 的 三相 不 平衡 现 象 是 由三 相 系 统 的 元 件 和 负 荷 的不 对 称 造 成 的 ＿。 随 着 国 民经 济 的快 速 发 展 ， ｌ 】
电力系统 中的不对 称负荷 （ 大型 电动机、 电弧炉等 ）和单相 大容 量负荷 （ 电阻炉、工频感应炉等 ） 日益增 多，使得 电网
中 的三 相 不平 衡 现 象 （ 电压 、 电流 、功 率 不 平衡 ） 日趋 严 重 ， 危 及 到 了 电力 系 统 的 安 全 和 经 济 运 行 。 因此 ，人 们 迫 切 需 要
广 季
电流 的平衡化方法 ，可 以有效地解决 电网正常运行 时 由负荷
产 生 的 不 平衡 和 无 功等 问题 。
二 、 不 平 衡 补 偿 设 计
—丁］—丁—
一
ｒ
士
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电力 系 统 中 的不 平 衡 包 括 电压 不 平衡 、 电 流 不 平衡 和 功 率 不 平衡 。 虑 到 正 常 运 行 的 电力 系统 中三 相 电压 是 平 衡 的 ， 考 因此 只 要 能 够 实 现 系统 三 相 间功 率 的 无损 转 移 与 平 均 分 配 即
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三相系统不平衡补偿的研究(图文)
论文导读：并提出采用大容量电力电子技术的基本方法。
自身产生较大谐波。
它把逆变器电路看成是一个产生基波和谐波电压的交流电压源。
关键词：电力电子，逆变，整流，谐波
0.引言
随着我国经济的发展，用电设备的类型越来越多。
在三相供电系统中，除了大量的对称负荷外，还新增了许多不对称负荷和单相负荷。
由于单相负载的大量应用，且各负荷的用电不同时等原因，导致三相四线制配电系统出现了严重的三相不平衡的运行状态，给系统的安全稳定运行和用户设备的正常可靠使用造成了严重的危害。
本文中从人工和技术两方面提出了目前三相不平衡的解决方法，重点解析了新技术方面的内容，突出了各种方法的优缺点，并提出采用大容量电力电子技术的基本方法。
1.国内外三相平衡系统研究现状
1.1人工方面：
(1) 完善基础资料：每年组织专人在春季绘制一次配电变压器网络图和负荷分配图, 把每个台区供出的各相上的用电户名、户数、电能表的型号等有关数据绘制成方便易查看的表格, 平时经常检查有无遗漏或新增用户,结合负荷变化情况及时更新。
(2) 加强测试：给专人配备钳形表,每月至少进行一次负荷测试,对配电变压器负荷状况做到心中有数,为调整配电变压器负荷提供准确可靠的数据。
利用检修停电时间调整负荷。
(3) 加强用电管理：对临时用电，季节性用电，管理人员必须熟悉情况，如安装地点、用电量的变化情况等, 根据情况及时做好负荷调整工作。
新增单相设备申请用电, 做好负荷的功率分配, 进行合理搭接, 尽可能均匀分配到三相电路上。
注意大的三相四线制用户内部三相负荷平衡问题, 协助他们调整本单位三相负荷。
(4) 调整三相负荷做到“ 四平衡”：四平衡既计量点平衡、各支路平衡、主干线平衡和变压器低压出口侧平衡, 重点是计量点和各支路平衡, 可把用户平均用电量作为调整依据, 把用电量大致相同的作为一类, 分别均匀调整到三相上。
由于三相同时引人负荷点比单相引入负荷点时损耗显著减少, 为了取得三相负载的对称, 应将三相线路同时引入负荷点, 尽量扩大三相四线制的配电区域, 减少单相供电干线长度, 接户线应尽量由同一电杆上分别从三相引下, 且三组单相接户线的负载应尽量平衡。
1.2新兴技术方面：
（1）三相自动平衡器
用于380 V 配电网中的平衡器的工作原理如下图所示，电流采样器采集配电网三相电流，通过模/数转换器将模拟信号转换为数字信号，经接口电路送至单片机进行比较，发出指令，输出放大后启动开关控制电路，将大电流相中一部分负载切换到小电流相，以降低（Pmax-Pmin），使三相电流不平衡度满足要求，实现三相相对平衡。
当三相负载的变化未超过允许值时，平衡器不予调整，维持现状，以避免频繁切换。
图1 三相自动平衡器的工作原理框图
（2）早期无功补偿装置
早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器，它主要包括同步调相机和静电电容器。
同步调相机又称同步补偿器，是早期无功补偿装置的典型代表。
它不仅能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也能进行动态补偿。
当系统电压下降时，它通过控制励磁发出和
噪声都较大，运行维护复杂，响应速度慢。
静电电容器可以改善线路参数，减少线路的感性无功功率，补偿系统的无功功率。
由于它供给的无功功率与节点电压的平方成正比，当节点电压下降时，它供给的无功功率反而会减少，所以静电电容器的无功功率调节性能较差。
论文参考。
但由于其维护较方便!装设容量可大可小，既可集中使用又可分散装设，所以目前仍是中国采用的主要补偿装置。
同时，无源装置使用机械开关，它不具备快速性、反复性和连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。
（3）静止无功补偿装置SVC
静止无功补偿器(StaticVar Compensator)，是将电容器（及电抗器支路）与输电线路并接，通常接于开关站或变电所母线，通过晶闸管控制的无功功率动态补偿，调节母线电压和线路无功功率在所需水平上，从而提高电力系统稳定性，扩大线路输送容量。
SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR）、晶闸管相控电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）等几种不同类型。
世界各国普遍采用TCR和/或TSC型SVC作为电网的动态无功支撑点，以提高输电能力或加强电网的安全稳定运行。
SVC特点：
1、应用较为成熟，目前应用较多。
2、自身产生较大谐波，需无源滤波器配合。
3、TCR只提供感性无功，容性无功需FC或TSC电容器组提供，占地面积大。
4、响应速度慢（2~3个周期）。
论文参考。
5、对快速的冲击负荷补偿效果较差。
(4) 静止无功发生器(SVG)
SVC装置为补偿0～100 %容量变化的无功功率，几乎需要100 %容量的电容器与超过100 %容量的晶闸管控制电抗器，铜和铁的消耗很大。
论文参考。
从技术发展来说，这种类型的静补偿装置已不能说是先进的。
近年来的发展趋势是采用可关断晶闸管（GTO）构成的自换向变流器，通常称为静止无功发生器（SVG），它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。
SVG是采用GTO 构成的自换相变流器，它把逆变器电路看成是一个产生基波和谐波电压的交流电压源，控制补偿器基波电压大小与相位可改变基波无功电流的大小与相位。
当逆变器基波电压比交流电源电压高时，逆变器就会产生一个超前（容性）无功电流。
反之，当逆变器基波电压比交流电源电压低时，则会产生一个滞后（感性）无功电流。
因此它能与系统进行无功功率的交换,故称其为“无功发生器”。
与SVC 相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。
(5)Smartpower节电器
SmartPower系统节电器利用“平衡控制变压系统”绕组的相互交叉连接，可以消除各相位间的电压和电流的不均衡，维持控制其平衡性。
这种特殊绕组，可以相互补偿铁心的磁通量，最大限度地控制各相感应电动势的一致性，从而保持三相平衡，降低零线电流等额外损耗，它是最新一代可以改善电力消费状况高新技术产品。
2.研究趋势和前景展望
随着电力电子器件容量的不断增大以及价格的逐步下降，使用基于电力电子器件的技术来替代原来的机械开关方式的解决方法也将是今后的发展趋势。
三相系统中基波不平衡度在
一种方案来同时解决基波无功和有功不平衡，以及消除由谐波造成的不平衡。
本文提出的设计方案具备了解决上述问题所需要的全部功能，因而是未来最有发展前景的解决方案之一。
拟采用的装置功能原理图下图所示。
图2 本装置的结构原理框图
装置工作原理如下：原始的不平衡负载可能引起较大的中线电流，如图中ILN所示。
若不进行补偿，则此电流将流入系统中线。
在系统与负载中间增加一个三相不平衡补偿装置，该装置从系统吸收三相对称的基波电流，通过整流桥变换为直流，再通过具有中线的逆变桥变换为所需要的电流。
以中线电流为例，对装置来说若以流入装置为电流的参考方向，则如能使得装置中线吸收的电流与负载侧中线电流一样，即ILN=IFN，则对系统中线而言，ISN=ILN-IFN=0。
从而解决了系统侧中线电流过大的问题。
同时装置的ABC三桥臂还可根据参考电流产生所需要的电流，对负载的不平衡三相电流进行补偿，目标是使得系统侧ABC三相的电流为三相基波对称分量。
从而解决三相不对称问题。
3.结论
采用不同的方法各具有其优劣性，本文提出的采用大容量电力电子技术，装置适应能力强，响应速度快，控制精度高，装置无任何耗能元件，节能效率更高。
采用三相四线制结构，能同时补偿不平衡电流，同时还可滤除谐波并提供无功功率的支持。
因此是未来最有发展前景的解决方案之一。