三相电压不平衡度的计算方法VIP

KE JIZO NG SHU科 技 综 述 三相电瓜不平衡度的不同 计算方法 对比 牟树贞? ,齐晓波,刘芹, (1.华北电力大学 电气与电子工程学院,北京10 2 20 6 ;2.内邱县供电公司,河北 邢台 0 5 4 0 0 1 3.铜陵市供电公司,安徽 铜陵24 4 0 0 0 ) .摘要:电压不平衡度是用于描述三相电压不平衡程度的重要指标,对于如何准确反映这一指标,不同国家和地 . 区的相关标准中提出了多种计算方法?为了 便于工程技术人员选择合适的电压不平衡度计算方法,文中详细介 绍了 8种电压不平衡度计算方法,并用其中5种常用方法计算了多种电压不平衡状态下的电压不平衡度,通过对 比计算结果得出各种计算方法的优缺点,最后提出三相三线制系统中电压不平衡度计算公式的选取方法? 关键词:三相电压不平衡;正序电 压;负序电压;相电压;线电压 中图分类号:T M 74 4文献标志码:A文章编号:1673一 7598(2 0 10 ) 12一 0 0 55一 0 4 n己l雀 旨 JJ二二 刁 电压不平衡度是评价三相供电系统电压不平衡 程度的一个重要指标,然而, 国内外不同标准中提供 了多种电压不平衡度的计算方法 ?例如,NEM A (Nat i onal El eet r ieal M anuf a et ur e r s Assoei at i on)标准 中规定采用三相线电压计算电压不平衡度! l ; I E EE (Inst i t ut eofEl eet r iealand El eet r o ni esEngi neer s )中规 定采用相电压计算电压不平衡度 2 ;I Ee ( I nter n at i onal El ect r o t eehni ealComm i ss i on) 标准 ,规定采用正负序 电压有效值比值和三相三线系统中的精确计算公式 这两种计算电压不平衡度的方法, 后者应用于我国 国家标准l 4 ? 工程技术人员需要从多种电压不平衡度 的计算方法中选出一种简便准确的计算方法, 因此, 对各种电压不平衡度的计算方法进行对比分析是必 要的 ? 在研究三相电压不平衡方面, 文献 5 一 6 应用 NEM A 定义的LVUR公式计算分析三相电压不平衡 度 ;文献 7 一 9 中总结了引起三相电压不平衡的原 因, 并用VUF公式分析了不同电压平衡情况下的电 压不平衡度;文献10一 川 应用CVUF公式分析电压 不平衡度对非线性负载的影响 ?上述文献仅对个别 方法进行研究, 没有对多个标准中的计算方法进行 综合对比分析 ? 本文首先介绍电力系统中常见的电压不平衡状 态并对其产生原因进行简要分析; 其次介绍国内外 常用的电压不平衡度计算方法; 然后对多种电压不 平衡状态下的电压不平衡度进行计算, 并通过对比 计算结果得出每个计算公式的优缺点, 最后总结出 适用于三相三线制系统电压不平衡度计算公式的选 取方法 ? 1常见三相电压不平衡 在电力系统中, 如果三相电压和电流具有相同 幅值且相位互差12 0 ,称为三相平衡系统 ? 如果其中 的1个或2个条件不满足,则称为三相不平衡系统 ? 引 起电压不平衡的原因可以归结为正常性和事故性两 大类I 1 2 ? 1. 1欠电压不平衡 产生欠电压不平衡现象的主要原因是负载过大 导致电网容量不足或接地故障导致供电电压低于正 常电压 ?若一相带的负载过大导致一相电压低于正 常电压即为一相欠电压不平衡, 同理还可得出两相 欠电压不平衡 三相欠电压不平衡 ? 1. 2过电压不平衡 产生过电压不平衡现象的主要原因是电容器补 偿电网功率因数时补偿电容值过大或补偿电容器损 坏导致供电电压高于正常电压 ?若一相补偿电容值 收稿日期:2010一 08一 20 作者简介:牟树贞(1 9 8 1 一 ),男, 山东滨州人,硕士研究生,研究方向为油田电气系统综合测试及能耗分析 ? 任翻 麒 科技综述 KEJIZONGSHU ? 一 姚? 叭 过大,将导致一相电压高于正常电压即为一相过电 压不平衡,同理可得出两相过电压不平衡 三相过电 压不平衡 ? , . 3相角不平衡 产生相角不平衡现象的主要原因是电网中大多 数负载为非纯阻性负载, 导致电压相角发生偏移 ? 若一相电压相角发生偏移将导致一相相角不平衡, 同理可得出两相相角不平衡? 1. 4电压幅值和相角同时不平衡 产生电压幅值和相角同时不平衡现象的原因比 较多,例如, 电网中用电容器补偿电网的功率因数, 如果三相中有一相补偿的电容值过大导致三相供电 电压中有一相高于正常电压, 同时该相的相角也发 生改变, 即发生一相过电压和其相角不平衡 ?同理 可得到两相过电压和其相角不平衡 一相过电压和 两相相角不平衡 两相过电压和一相相角不平衡 ? 综上所述 ,电力系统中主要存在4类电压不平衡 状态,这4类电压不平衡状态共计12种现象 ?由于电 力系统中单相负荷较多且实际中单相接地故障也较 多I l 3 j ,故一相欠电压不平衡情况最为常见?此外,引 起电压幅值和相角同时不平衡发生的原因较多,故 电压幅值和相角同时不平衡也较常见 ? 序电压有效值的比值来计算三相电压不平衡度l 3 : V U F 二 x 100% a + a . V沙矿# 3 V ? 书V 汁矿# V汁a # V 一? F , = 3 (3) V a V h 斗V 一 一一 - - + V 式中 V c 为相电压矢量.a = 一 土+i交 I a z = 一 工一 i 五 三 工_该 2碑2% 2JZ 方法需要测得各相电压幅值及其相位才能计算电压 不平衡度 ? (4) I E c精确定义的利用负序电压复数与正序 电压复数的比值计算三相电压不平衡度 3 l : (4) ? 一 姚t 叭 一一F 工 C V U 式中:v,与性的取值与式(3)相同?与式(3)相比,式 (4) 得到的电压不平衡度既能反映幅值大小也能够 反映正负序电压的相角差值? (5) I E c定义的利用三相三线系统的线电压计 算电压不平衡度 3 1: 一 丫 需雳# ? 0 0 %( , 式中: L= V氛 + V鑫 +V九 (V魏 +V乙 ? +V乙 )2,其中Va b V vc a为线电压基 2电压不平衡度计算方法介绍 本章主要介绍不同标准所提供的电压不平衡度 计算方法,其中包括5种常用计算方法 2种估算方法 以及1种近似计算方法? 2. 1常用电压不平衡度的计算方法 (1 )NEM A定义的利用线电压计算三相电压不 平衡度 l : 波有效值? 2. 2电压不平衡度的2种估算方法 (l ) 估算方法1 该方法出自I E C标准l 3 , 通过两相线电压基波矢 量计算电压不平衡度: 子 子 X 10 0%(6) 心一汀 r a b 一沂 V 一净V . LV U R = ma x!4V二 呱, 爪为公共连接点的三相短路 容量,vA ; U ,为线电压,v ?该方法用三相短路容量 就可快速计算出电压不平衡度 ? 此外,文献 5 还提出了电压不平衡度的近似计 算公式: 日 沙 KEJ, ZoNGSH口科技综述 缝撮瓤黔憾 一 巡 粤呀匹# ? 0 0 %? 8 , 式中:V城为线电压平均值,V二 V Vc a为线电压与线 电压平均值的差?式( 8 ) 的优点是避免了复杂的相角 计算 ,缺点是物理意义不明确 ? 3各种电压不平衡度计算方法的对比 分析 本章主要对第2章电压不平衡度方法的公式进 行对比分析( 因估算公式和近似公式应用较少,故不 做详细分析), 应用5种常用计算方法分析三相三线 制系统中的1 2 种电压不平衡情况?计算结果如表1 所示,对比表1数据可得: (l) LV UR公式的计算值与I E C定义的VUF公式 的计算值相差较小?因实际中易测得线电压值,故 该公式可以作为工程技术人员的快速计算方法,也 是计算电压不平衡度的首选方法 ? (2) x EEE St d 112一2004定义的pVUR公式的计 算结果与v uF公式的计算结果相差较大, 且不能准 确反映电网相角不平衡时的真实情况, 所以此公式 用于粗略估算三相电压不平衡度? (3) 国标G B厅15543一2008提供的公式与I EC定 义的VUF公式的计算结果是一致的?前者的优点在 于只需测得三相线电压有效值就可以准确得到电压 不平衡度,缺点是计算量较大 ? (4 )通过对比I E C定义的CVUF公式与vuF公式 的计算结果可直观看出:CVUF公式能反映相角不平 衡程度,便于计算相角不平衡对非线性负载的影响? (5 )v uF公式与CvuF公式是较精确的电压不 平衡度计算公式? 它们的缺点是都要进行复数运算, 与其它几种公式相比,其计算量较大? 为了更清晰描述各计算方法的特点并方便工程 技术人员在实际应用中合理选择电压不平衡度的计 算公式,在上述分析基础上对各公式进行对比,结果 如表2所示 ? 表,采用5种常用公式对多种电压不平衡状态的电压不平衡度的计算结果 电压不平衡情况从/ V V h/VV ? /VV 一/VV Z/VLV U R /%PV U R /%el/%V U F / %CV U F 一相欠电压 两相欠电压 三相欠电压 一相过电压 两相过电压 三相过电压 一相相角 两相相角 一相过电压和一相相角 两相过电 压和一相相角 一相过电 压和两相相角 两相过电 压和一相相角 220 乙 00220 乙 24 0 0207.1 乙120 0 2 15.7 乙004.3 乙 60 01. 991.991. 9 9 乙60 0 22 0乙 002 10 乙 24 0 0205.8 乙120 0 2 16 乙 002 18 乙 240020 4 . 4 乙120 0 2 11.9 乙00 2 12 乙00 4 21 乙16. 73 0 4 24 乙67 .82 0 1.991.99 1. 991.99 1.99 乙 16.730 22 0乙 00220 乙 24002 33 . 5 乙1200224 . 5 乙00 1.99 乙67 820 2.0 乙一 120 0 1 . 9 9 1 . 9 9 1 . 9 9 1 . 9 9 1 . 9 9 2 . 0 2 . 0 2 0 2 . 01 . 9 9 1 . 9 9 1 . 9 9 1 . 9 9 1 . 9 9 2 . 0 2 . 0 2 . 0 2 . 0 2 . 6 9 2 . 2 2 4 . 0 1 2 . 6 9 3 . 8 7 3 . 9 9 3 . 8 1 3 . 9 5 2 . 8 4 . 00 0 叼e l ? 七百l 口了J ? 气? 八石内j ,? 气 O0 0少0 0 产t j n o 少n , ,了g Q U e c 入 9 . . . . . . 如果同时测得相电压 的相角还可选用I E C定义的VUF公式和CVUF公式进 行精确计算 ? (3 )计算结果表明,I E c定义的vuF公式 cvuF 公式以及国标GB厅1554 3 一 20 0 8所提供的公式计算 的电压不平衡度最精确 ?但是,如果计算相角不平 衡对非线性负载的影响时,只能选用cvuF公式 ? 参考文献 NEM A Std.Publ i eati on MG I一 2009 ! S. I E E E St d 112一 200 4, IEEESt anda r dT e st Proeedur ef o r Poly一 Phase Indueti on Motor s and Gener a t ors ! S . IEC 61000 -礴 e s302003,Eleet r o magnet i eCom pat ibil i ty( EMC) 一 Par t 4 一 30 Testi ng and M easurem ent Teehni ques一 P o wer Quali t y Measur e mentM ethods! S . GB厅15 5 4 3 一 2 0 0 8 , 电能质量 三相电压不平衡 S 1 . P IL L AYP ,H O F M A N NP , M A N Y A G EM . D erati n g of Indueti onM otor sOPer a t i ngw i t haC om binat ionof Unbal aneed Vol t ag e sand Overor Under v ol t ages J1 .IEEE T r ans# on En e r留 Conver sion, 2002, 17( 4 ):485一 491. 6 KERSTING W H, PHILLIPS WH.Phase Frame Anal ysi s of t he Ef f e et s of V ol t age U nbal anee on Indueti on M aehi nes J . IEEE T r ans. on lndustw Appli eati on, 1997, 33( 2): 4 15一 420. 7 LEE Ching一 yi n, CHEN Bi n一 kwin, LEE W ei一 ien, et al. Ef f e et s of V a r i ous U nbalaneed Vol t ages on the O Perat ion P e r f or m aneeof anInduet ionM ot or undertheSam e Volt age Unbalanee Faetor Condi ti onI C .Industri aland Com m er c i alPow erSyst em sTeehni ealConf e r e nee, Phi ladel Phia, 1997. ! 8 L E E Chi ng一 yi n.Ef f e et s of Unbal aneed Volt ages on the o perat ion Per f or m anee of a Thr e e一 Phase Indueti on M ot or J . IEEE Tr ans.on Ene卿 Conver s i on, 1999, 14(2):202- 20 8. 9SIDDIQUE A , YADAVA GS, SINGHB . Ef f e etS ? f Volt age Unbalanee on Induet ion Motors! C . Conf e r enee R eeordof the200 4IE E EIn t em ati on al S ym posi u mon E l eetr i eal In sulat i on C over, 20 04 . ! 101 GNACINSKIP.W ingdi ng Tem Per a t ur e and 助 55ofLi f e of an Induet ion M aehine U nder V olt age U nbalanee Com bi ned W it h over一 or Under v olt ages J . IEEE Trans. on Ener群 ConVer sion,2008, 23( 2):363一 37一 ! 川 师亮云,赵晓暄. 线路电压互感器引起的母线电压不平 衡分析 J. 电网与清洁能源,2010,26(11):82一 54. ! 1 2 刘培凌,黄新 .r o kV 系统电压不平衡的原因分析及处理 J .石油规划设计,2003, 14(5):63一 64. 1 13 肖 冬青.三峡施工供用电网电压不平衡现象分析I J .华中 电力,2003, 17(l):60一 61,以. (责任编辑徐钊愈) 1 1 J J. . . . . ., J. . . ,.勺山门 三 r . . . L f 刀 . L f . . L 5 4 C om Parison of V ariou s C alcu lation M eth od s f o r T h ree一 Ph ase V oltage U nb alan ce M OU Shu一 zhen % , QlXi ao一 boZ , LIU Qi n, (1.SehoolofEleetr i ealand Eleetr o nie Engineer ing, N or th China Eleetr i e Pow er U niversity, Bei jing 102206, C hina; 2 . N eiqiu P ow er Supply C om p any, X ingtai 05 400 1, C hina: 3.Tongling Pow er Supply Com pany, Tongli ng 244000, China) A b stract: U nb alanee 1 5 an im por t an t ind ex to d eser i be u