王江彬及畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿二次修改版——標(biāo)注版(編輯修改稿)
2025-09-20 11:35 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 導(dǎo)負(fù)載時(shí)補(bǔ)償原理圖： b、c相間接純電導(dǎo)負(fù)載時(shí)補(bǔ)償措施的相量分析圖電阻電流與電壓同相，電容電流超前電壓為90o，電感電流滯后電壓為90o。電感電流和電容電流的大小相等，而電阻電流的大小是電感電流和電容電流大小的倍。由于： ()結(jié)合相量圖可以看出三相線電流、的大小相等，于是三相電流平衡。(3) 假設(shè)只在相與c相之間接純電導(dǎo)性負(fù)載，那么就要在相和b相之間接電容性電納，同時(shí)要在b相和c相之間接入電感性電納。這時(shí)在三相正序電壓的作用下，三相線電流就會(huì)變平衡。： a、c相間接純電導(dǎo)負(fù)載時(shí)補(bǔ)償原理圖： a、c相間接純電導(dǎo)負(fù)載時(shí)補(bǔ)償措施的相量分析圖電阻電流與電壓同相，電容電流超前電壓為90o，電感電流滯后電壓為90o。電感電流和電容電流的大小相等，而電阻電流的大小是電感電流和電容電流大小的倍。由于： ()結(jié)合相量圖可以看出三相線電流、的大小相等，于是三相電流平衡。(4) 如果上述負(fù)荷不是純電阻負(fù)荷，不失一般性，采用導(dǎo)納表示成。例如針對(duì)只在相與b相之間接純電導(dǎo)性負(fù)載的情況，當(dāng)相與b相之間所接負(fù)載采用導(dǎo)納表示。則首先應(yīng)在、b相間并聯(lián)補(bǔ)償無(wú)功功率，所需補(bǔ)償?shù)牡刃щ娂{為。這樣就可以使、b相間變成純電導(dǎo)負(fù)載，然后再按上述的方法在b、c和c、相間補(bǔ)償電容和電感就可以使三相系統(tǒng)線電流變成純有功電流，并且大小相等，至此系統(tǒng)就會(huì)成為三相電流平衡系統(tǒng)。對(duì)于這種負(fù)荷不是純電阻的更一般情況，就要用到理想補(bǔ)償導(dǎo)納模型的補(bǔ)償方法。．2 理想補(bǔ)償導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)如果相間負(fù)荷不是純電導(dǎo)負(fù)荷，而不失一般性地用導(dǎo)納形式表示成。首先假設(shè)系統(tǒng)的三相電壓完全對(duì)稱，即：。負(fù)荷部分采用下圖所示的三角型連接的等值網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示，三相復(fù)導(dǎo)納分別為、而且互不相等。： 三角型連接的未補(bǔ)償導(dǎo)納網(wǎng)絡(luò)對(duì)于這種形式的負(fù)荷，首先從功率因數(shù)校正角度考慮，要在每個(gè)負(fù)荷導(dǎo)納上并聯(lián)一個(gè)電納值等于負(fù)荷電納負(fù)值的補(bǔ)償電納，即。這時(shí)就可以使得負(fù)荷導(dǎo)納變成純電導(dǎo)。： 三角型連接的純電導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)此時(shí)，三相功率因數(shù)為1，但是負(fù)荷仍為不平衡負(fù)荷。補(bǔ)償后各相分別為純電導(dǎo)負(fù)荷、?，F(xiàn)在為了平衡，要在b、c相之間接電容性電納，同時(shí)要在c相和相之間接入電感性電納。同理，要平衡，就要在、c相之間接電容性電納，同時(shí)要在相和b相之間接入電感性電納。而要平衡，就要在、b相之間接電容性電納，同時(shí)要在b相和c相之間接入電感性電納。這樣補(bǔ)償后，再和功率因數(shù)校正電納相結(jié)合。這些并聯(lián)電納相加在一起，便得到了式（）給出的三相三角型接線負(fù)載的理想補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)模型[9][11] [12]： ()這樣將理想補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與負(fù)荷相并聯(lián)就可以把三相三線制系統(tǒng)中任何不平衡的三相負(fù)荷變換成一個(gè)平衡的三相有功負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)三相線電流的平衡化而不改變電源和負(fù)荷間的有功功率交換。，它是Steinmetz理論的核心。，它構(gòu)成了無(wú)功補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)均荷控制的理論基礎(chǔ)。但是，理想補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)模型中要測(cè)量負(fù)荷的導(dǎo)納，在設(shè)計(jì)補(bǔ)償器時(shí)，測(cè)量負(fù)荷導(dǎo)納很不容易[9]，所以下面繼續(xù)推導(dǎo)基于Steinmetz理論的不平衡負(fù)荷平衡化補(bǔ)償原理。．3 用對(duì)稱分量法分析的不平衡負(fù)荷平衡化補(bǔ)償原理為了說(shuō)明三相不平衡化負(fù)荷的補(bǔ)償原理，使用對(duì)稱分量法對(duì)不對(duì)稱負(fù)荷進(jìn)行分析。，不對(duì)稱的三角型連接負(fù)荷由三相對(duì)稱的正序電壓供電。對(duì)于任何中性點(diǎn)不接地的星型連接負(fù)荷，都可以通過(guò)變換表示成如下所示的三角型連接形式再進(jìn)行分析。 不對(duì)稱的三角型連接負(fù)荷模型： ()補(bǔ)償器也采用三角型連接形式。以A相對(duì)中性點(diǎn)的電壓為參考相量，則、b、c三相的電壓可以表示為： ()其中，這樣就可以得到線電壓的表達(dá)式為： ()則負(fù)載每支路的負(fù)荷電流為： ()則三相的線電流為： ()選擇相作為基準(zhǔn)相，則三相線電流與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系為： ()式中含有因子，這是為了使對(duì)稱分量變換矩陣成為酉矩陣，保證變換后功率不變[1] [12]。而b、c相的對(duì)稱分量有： ()顯然根據(jù)對(duì)稱分量法，如果相線電流的負(fù)序分量為0，則b、c相線電流的負(fù)序分量也為0。因此，要討論負(fù)序電流的補(bǔ)償，只需要討論相負(fù)序電流的補(bǔ)償即可。將()代入()中，即可得到用負(fù)載導(dǎo)納表示的負(fù)載側(cè)相正序、負(fù)序、零序電流分別為： ()由()可知，對(duì)于平衡負(fù)載，即當(dāng)時(shí)，則相負(fù)序電流分量。類似，對(duì)于三角型接線的無(wú)功補(bǔ)償器，其每支路的電流為： ()補(bǔ)償器的則三相的線電流為： ()選擇相作為基準(zhǔn)相，則三相線電流與其對(duì)稱分量之間的關(guān)系為： ()補(bǔ)償器的b、c相的對(duì)稱分量有： ()將()代入()中，即可得到用補(bǔ)償電納表示的補(bǔ)償側(cè)相正序、負(fù)序、零序電流分別為： ()在用無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行補(bǔ)償后，若線電流的負(fù)序分量為0，則三相負(fù)荷將是平衡的，這就要求負(fù)載側(cè)和補(bǔ)償側(cè)對(duì)應(yīng)相的負(fù)序電流和為0，即： ()無(wú)功補(bǔ)償裝置一般還要考慮功率因數(shù)校正，使補(bǔ)償后總功率因數(shù)為1，也就是使負(fù)載側(cè)和補(bǔ)償側(cè)對(duì)應(yīng)相的正序電流分量之和的虛部等于0，即： ()式（）與式（[1][9][14][15][16]正是Steinmetz理論的基本思想。所以這種用對(duì)稱分量法分析的不平衡負(fù)荷平衡化補(bǔ)償原理也是一種基于Steinmetz理論的平衡化補(bǔ)償原理。將()中的補(bǔ)償電流、代入()和()中，并把這些方程對(duì)、求解，則理想補(bǔ)償導(dǎo)納模型可以用以下公式給出： ()對(duì)于()，令，則有： ()于是： ()同理： ()于是： ()所以： ()利用()的逆變換將()的對(duì)稱分量變換到相坐標(biāo)得： ()式()就是用三相的相電壓和三相負(fù)荷線電流來(lái)求補(bǔ)償裝置三相補(bǔ)償電納的公式。Steinmetz理論有多種表達(dá)形式，對(duì)于負(fù)荷隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)，如果仍要達(dá)到完全補(bǔ)償?shù)哪康模瑒t補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)也是隨時(shí)間連續(xù)變化的。下面給出一種用無(wú)功功率平均值表示的補(bǔ)償電納公式[17]： ()其中，、為連接的補(bǔ)償裝置的電納值；、為系統(tǒng)線電壓瞬時(shí)值；、為系統(tǒng)電流瞬時(shí)值；為采樣周期，一般為10ms根據(jù)以上的補(bǔ)償理論，可以對(duì)隨時(shí)間連續(xù)變化的負(fù)荷進(jìn)行連續(xù)跟蹤補(bǔ)償，從而使系統(tǒng)電流達(dá)到平衡。4 Steinmetz理論在不平衡系統(tǒng)補(bǔ)償方面的應(yīng)用隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量的不平衡負(fù)荷以及一些單相大容量負(fù)荷（例如電阻爐、工頻感應(yīng)爐、石墨爐），使電網(wǎng)三相電壓不平衡日趨嚴(yán)重，危及電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。例如電氣化鐵路和工業(yè)交流電弧爐就是兩種較大的負(fù)序干擾源，這種不平衡負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流造成了電能的損失，威脅電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除此外，也對(duì)適合于Steinmetz理論研究的低壓配電網(wǎng)三相三線制系統(tǒng)中的不平衡負(fù)荷進(jìn)行了考慮。(1) 電氣化鐵路我國(guó)交流電氣化鐵路是由電力系統(tǒng)110kV（或220kV）（或55kV）后向牽引網(wǎng)及電力機(jī)車(chē)單相供電。牽引變壓器對(duì)電力機(jī)車(chē)的這種不對(duì)稱供電方式，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生負(fù)序電流和負(fù)序電壓[6]。而三相交流供電系統(tǒng)的特點(diǎn)要求三相電流和三相電壓對(duì)稱，要求三相負(fù)載均衡，三相頻率相等，三相電壓、電流的相位相差120o[18]。牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所和牽引網(wǎng)構(gòu)成。牽引變電所接三相電源中的兩相分別向兩邊接觸網(wǎng)供電，從而在所接三相交流系統(tǒng)中造成三相負(fù)載的不平衡，產(chǎn)生不平衡電流。電氣化鐵道系統(tǒng)中的牽引變壓器二次側(cè)均采用三角形和不完全星形連接，電流的零序分量無(wú)法流通，因此電力牽引系統(tǒng)中不平衡電流產(chǎn)生的的負(fù)序分量對(duì)電力系統(tǒng)影響
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