不平衡负荷及非线性负荷对低压配电网线损的影响

1、不平衡负荷及非线性负荷对低压配电网线损的影响戚正强（江苏省电力公司宜兴市供电公司营销部江苏宜兴伏祥运连云港）；江苏电力公司连云港供电公司电力调度中心江苏摘要：低压配电网中存在大量三相不平衡负荷和非线性负荷，这些负荷都将引起线损增加。针对不平衡负荷，在三相电压对称和不对称两种情况下分别分析线损增加问题，并对不对称负荷无功补偿器的控制方法提出建议。针对非线性负荷的特点，对谐波产生的线损进行计算，计算结果显示限制次谐波是降低谐波线损的主要手段。对不平衡负荷和非线性负荷的分析都表明抑制零序电流对降低线损尤为重要。关键词：低压配电网；线损；不平衡；非线性中图分类号：文献标识码：文章编号：（）在低压配电网

2、中，由于大量单相负荷的存在，往往造成负荷的不平衡，这种不平衡运行将增加配电网的线路有功损耗。此外，随着科技的发展，电力电子控制的电器大量使用，负载电流中谐波含量越来越大，谐波的大量流动也将增加线路的有功损耗。配电网的负荷性质越来越复杂，负载的容量也越来越大。因此，研究配电网不平衡和非线性负荷对低电压配电网的损耗的影响，并根据其影响提出相应的措施对于电网运行的经济性，实现降本增效具有积极的意义。文献对三相不平衡时负荷电流对线损的影响进行了分析，推导了线损与三相电流的关系并提出减损建议。文献在此基础上定义了不平衡度，并研究了线损的增加与不平衡的关系，简化了线损分析。在上述文献的分析过程中，隐含了一

3、个三相电流相位互差度的假设。在配电网中三相负载电流存在一定的随机性，各相的功率因数可能不同，不一定满足电流相角互差度的条件。配电网中非线性负荷产生的谐波电流对线损有较大影响。目前，人们主要将注意力集中在非线性负荷对电能质量的影响，谐波电流对线损的影响较少受到关注。本文分别分析不平衡负荷及非线性负荷对线损的影响，通过分析可为配电网的线损降低等方面的工作提供一点启示。不平衡负荷对线损的影响电网电压对称情况下的分析在电网电压对称时，设三相电压表达式为：流，特别是零序无功电流的流动，达到线损降低的目的。有功电流传输的有功功率为：由功率理论的基础知识可以知道：在电压对称时，负载电流中的负序及零序电流传输

4、的有功功率为零，只有正序分量才传输有功。因此可以得出有功电流的正序分量为：有功电流除正序以外的部分为负序和零序分量。同样由于零序电流带来的线损增大较为严重，理想状态是通过不平衡负荷的平衡化补偿，使电流三相对称且功率因数为。在电压对称时，进行无功功率补偿是降低线损的有效办法，在补偿器控制中要考虑零序和负序电流协调控制的问题，尽可能降低线损。对于有功功率，可以通过负荷的合理调整，减小负序，特别是零序分量，也可以通过不平衡负荷的平衡化补偿将负载补偿成三相对称且功率因数为，达到线损的最小化。电网电压不对称情况下的分析在配电网中电压不对称的情况经常出现，设三相电压表达式为：在负载不平衡时，由于各相电流相

5、角并非相差度，也就是负载三相电流不仅大小不同，而且其功率因数角也存在差异。本文将三相负载电三相负载电流可以分解成有功分量和无功分量两个部分，即：流分成正序、负序、零序分量，分别研究各个分量对线损的影响。在此基础上，将各序分量进一步分成功和无功分量，对其对线损的影响进行分析。三相电流的表达式为：无功电流不传输有功功率，可以通过无功功率补偿器将这部分电流进行完全补偿。但是在目前无功补偿装置多部分采用三相一体投切，存在少量的分相投切。另一反面，目前多采用电容器分级投切，不能连续调节无功功率。因此很难达到无功电流的完全补偿。假设三相相线的电阻及零线的电阻都为，由于负序电流和正序电流流通通道相同，因此相

6、同的正序和负序电流产生的线损相同。流经零线的电流为零序电流分量的三倍，因此单位零序电流分量是单位负序电流分量产生的线损的四倍。而且在实际系统中中性线的导线截面一般为相线的一半，电阻为相线的两倍，这时单位零序电流是单位负序电流分量产生的线损的倍。因此，减小零序电流对于降低线损起到重要作用。对于无功电流都可以为感性或容性，当在部分相过补偿时其他相欠补偿时将造成零序无功电流的增大，这将大幅度增加线路有功损耗。因此无功功率补偿器的控制过程中，如果不能达到完全补偿时，就应该考虑补偿器投入后，尽可能的减少系统中负序和零序无功电由功率理论的基础知识可以知道：正序的电流只能和正序电压相互作用才可以输送有功功率

7、，和负序电压及零序电压都产生无功功率。同样，负序电流、零序电流也分别和负序电压、零序电压相互作用才可以输送有功功率。其中三相电流中的正序、负序及零序分量都可以分别分成有功分量及无功分量，其幅值分别为：假设三相相线的电阻及零线的电阻都为，则可以分别计算各个电流成份单独作用时所传输的有功功率及其所产生的损耗，结果如表所示：表各种电流成份传输及损耗功率大量的次谐波，对于三相四线制系统，对称的三次谐波极为零序分量性质，都流过中线，这就造成了中线电流的大幅度增大。根据功率理论，在电压为正弦的情况下，谐波电流是不传输有功功率的。图给出三相负荷都为的单相电压型不控整流设备时，中性线的负荷电流。其中主要为次谐

8、波，这时中性线的电流比各相的电流都大。根据上一节的分析可知，零序电流带来的线损增加是很严重的。因此该次谐波也就造成线损的增加。下面以电流型整流设备对非线性负载对线损的影响进行分析。为简化起见，本文在各相所带的负荷相同的情况下进行分析，对于不平衡时的情况可结合上节的方法进行分析。设单相整流负载的基波电流为，则根据电力电子的知识可知，负载电流中含有各次奇数次谐波，谐波电流的大小为基波电流的谐波次数分之一，即：从表可以看出，正序、负序及零序的无功成份所传输的有功功率为，它们在流过线路时同样将产生有功损耗，因此应该在负载侧进行就地补偿，减小它们在线路中的流动。当正序、负序及零序有功电流产生相同的损耗时

9、，其传输的功率与正序、负序及零序的电压成正比。在系统运行过程中，负序及零序电压含量较小，因此其传输的功率也就较少。为了分析方便，定义电流传输所产生的损耗与其所输送的有功功率的比值为损耗率，即：其他次谐波产生的线损为：但谐波次数为和的整数倍时，三相的谐波同相位，因此都流过中线。同上设三相相线和零线电阻均为，且不考虑趋肤效应，计算其线损为：根据表可得：基波电流产生的线损为：从式（）（）（）可知，仅三次谐波所产生的线损就为基波线由式（）可知，在实际运行过程中正序电压要比负序和零序电压大的多，因此负序和零序电流传输功率过程中损耗率要比正序高的多。文献通过理论推导证明了，当电流中正序、负序、零序的有功电

10、流分别与电网电压中正序、负序、零序电压大小成相同比例时，传输相同的功率时，其线路损耗最小。因此，不平衡负荷的平衡化补偿是并非需要将所有的负序和零序电流补偿掉，而是要合理控制负序和零序电流。因此，在采用基于逆变技术的、对在配电网中负荷不平衡进行无功功率补偿和有功负荷的平衡化补偿时，不必一定要将三相电压补偿成三相对称且功率因数为，而应该根据电网的电压情况进行控制。非线性负载对线损的影响损的，占整个谐波线损的绝大部分。因此在低压配电网中，降低次谐波是降低线损的主要手段。结论本文分别对不平衡负荷和非线性负荷对线损的影响的进行分析，分析表明减小零序电流分量是减小线损的有效手段。如果电网电压对称，仅对不平

11、衡负载进行无功功率补偿时，要防止部分相过补偿而其他相欠补偿造成零序电流增大的问题。在电压不对称时，对不平衡负荷进线完全补偿时，不应将负载电流补偿成为三相对称且功率因数为，而是应该根据电压情况确定。对于非线性负载，次谐波抑制是降低线损的重要手段。参考文献：何文旭，配电网三相不平衡运行对线损的影响重庆电力高等专科学校学报，（）：蒋浩、王森，三相负荷不平衡对低压网损影响的分析供用电，（）：王葵、李建超、蒋丽等，谐波电流对低压配电网的影响分析继电器，（）：伏祥运、代鹏，功率理论在无功补偿器控制中的应用江苏电机工程，（）：作者简介：戚正强，男，本科，工程师，主要从事电力系统配网运行分析、无功功率补偿及电能质量控制等方面的研究。图中性线电流曲线随着经济和科技的发展，电力电子技术得到了快速发展，以电力电子技术为基础的用电设备得到了广泛应用。在低压配电网中，单相整流、调压等设备所占用电负