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与分布式电源接入有关的电网三相不平衡问题

北极星智能电网在线  来源:亚洲电能质量联盟  作者:朱永强 张泉  2018/1/25 9:11:14  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:摘要:本文主要研究与分布式电源接入有关的电网三相电压不平衡问题。介绍了三相不平衡的基本概念及其危害,分析了三相不平衡产生的原因,具体讨论了分布式电源对三相不平衡的影响,并在上述讨论的基础上给出了应对三相不平衡的基本思路和具体措施。

引言

电能质量除了电压偏差、电压波动、频率等指标外,还采用三相不平衡、波形畸变、暂时或瞬态过电压、电压暂降等参数来描述其性能。其中,三相不平衡是电能质量的重要指标之一。由于居民用户的用电负载都是单相的,居民自备的小型风力发电机组、光伏电池板等分布式电源多为单相电源,当这些单相电源接入电网时,会造成三相不平衡,或者使电网的不平衡程度加剧。

本文将对与分布式电源接入有关的电网三相不平衡问题进行研究,介绍三相不平衡的基本概念及其危害,分析引起三相不平衡的原因,在考虑分布式电源特性的基础上研究分布式电源对于三相不平衡的影响,并给出应对三相不平衡的基本思路和具体措施。

1三相不平衡的基本概念

1.1三相不平衡的定义

理想的交流三相系统,应该是三相电量(电压、电流)大小相等、频率相同、相位相差120°的对称三相系统。实际的系统往往存在一定程度的三相不平衡。电量的负序分量方均根值与正序分量方均根值之比,定义为该电量的三相不平衡度,用符号ε表示,即

式中

εU、εI——三相电压不平衡度、三相电流不平衡度;

U2、U1——电压的负序、正序分量均方根,KV;

I2、I1——电流的负序、正序分量均方根,KA。

1.2三相不平衡的危害

系统处于三相不平衡状态运行时,负序分量的存在可能给系统中的设备带来多种危害:

(1)引起感应电机附加发热和振动,危及其安全运行,降低电机的出力。

(2)变压器带三相不平衡负荷时,不仅使三相负荷较大的一相绕组过热,导致其寿命缩短,而且会因磁路不平衡产生附加损耗。

(3)三相电压不平衡导致换流器的触发角不对称,换流器将出现较大的非特征谐波。

(4)三相不平衡系统中的负序分量,将会导致以检测负序分量为动作条件的继电保护装置误动作,威胁系统安全。

(5)在三相不平衡系统中,会产生负序电流和零序电流的附加功率损耗,降低了电网运行的经济性。

(6)由于电网的三相不平衡,中性线上必然会有不平衡电流流过,同时还有波形畸变等因素引起的3的倍数次谐波电流,会使中性点发生零电位漂移,产生电噪声干扰,致使临近的通信系统无法正常运行。

2分布式电源接入对于三相不平衡的影响

电力系统三相不平衡可以分为事故性不平衡和正常性不平衡两大类。事故性不平衡由系统中各种非对称性故障引起,比如单相接地短路、两相接地短路或两相相间短路等。正常性不平衡是指,电力系统在正常运行方式下供电环节的不平衡或用电环节的不平衡。正常性不平衡中又以用电环节的不平衡为主。

分布式电源接入对电网三相不平衡的影响,主要体现在如下几个方面:

(1)对于三相分布式电源而言,本身存在发生非对称性故障的可能性。三相分布式电源及其并网接口一旦发生不对称故障,就会造成所接入电力系统的事故性不平衡。

(2)在正常运行情况下,由于分布式电源本身的三相功率不平衡,或者三相并网变流器的结构和参数不对称,分布式电源及其与电网相连的变流器接口也可能出现非理想工作状态,使原本应该三相平衡的功率输出也出现一定程度的不平衡。

(3)由于很多居民用户的用电负载都是单相的,因此用户自备的分布式电源,也会有单相的。而且随着小型风电机组、光伏电池板等小型分布式发电技术的普及,单相分布式电源的数量可能会越来越多。这些单相分布式电源的接入,都会在一定程度上造成电网的三相不平衡。

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