电铁牵引负荷和电弧炉负荷引起电力系统。
三相电压不对称原因、危害和对策研究。
姓名：王银鸽。
学号：2015202070078
班级：2015级01班。
1.电能质量。
电能质量(power quality)，从严格意思上讲，衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。电能质量问题可以定义为：
导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。
2.电铁牵引负荷和电弧炉负荷引起电力系统三相电压不对称原因。
图1 电力系统等值网络。
上图是一个简单的电力系统的等值网络，当右端出现负载不平衡时，那么**路阻抗上的压降就会出现差异，进而造成不平衡。这种情况主要原因是大容量非对称负荷的接入和电网中的谐波分量。电力机车和电弧炉是一个典型的非对称负载。
交流电气化铁路在国内是从电力系统110kv电力机车牵引变压器降压到27.5kv后向牵引和电力机车单相供电，因电力机车为大功率单相整流拖动负荷，牵引变压器中将会产生负序电流和负序电压。除含基波成分外，还含谐波成分，因此实际上系统负序分量也将含谐波，但是基波成分占主要部分，特别是采取一定的滤波措施以后仍然如此。
此外，牵引负荷具有波动性大和沿线分布广的特点，针对电力系统来说，电气化铁路牵引负荷属于非线性不平衡负载的动态干扰。交流电弧炉炼钢由于技术和经济的优势，发展迅速。单机容量从过去的几吨到三四百吨，电弧炉变压器从几百兆伏安提高到100-200mva。
电弧炉炼钢的冶炼周期为1.5-1.6小时，这主要取决于电弧炉的类型，规模和工艺，在这段时间内，对电网的产生很多的不利影响。
包括有功功率和无功功率冲击引起的电压波动和闪变、电弧的非线性导致的大量谐波注入电网等。
3.危害分析。
3.1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=1ooa,则；
总损耗=100z+100z+100z=30000z。
如果三相电流不平衡，ia=50a，ib=100a,ic=15oa，则；
总损耗=50z+100z+150z=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，则；
总损耗=300z =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。
3.2.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。为此，配变在三相负载不平衡时运行，其输出的容量就无法达到额定值，其备用容量亦相应减少，过载能力也降低。
假如配变在过载工况下运行，即极易引发配变发热，严重时甚至会造成配变烧损。
配变产生零序电流。配变在三相负载不平衡工况下运行，将产生零序电流，该电流将随三相负载不平衡的程度而变化，不平衡度越大，则零序电流也越大。运行中的配变若存在零序电流，则其铁芯中将产生零序磁通。
(高压侧没有零序电流)这迫使零序磁通只能以油箱壁及钢构件作为通道通过，而钢构件的导磁率较低，零序电流通过钢构件时，即要产生磁滞和涡流损耗，从而使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。同时，零序电流的存也会增加配变的损耗。
3.3.电动机效率降低。
配变在三相负载不平衡工况下运行，将引起输出电压三相不平衡。由于不平衡电压存在着正序、负序、零序三个电压分量，当这种不平衡的电压输入电动机后，负序电压产生旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相反，起到制动作用。但由于正序磁场比负序磁场要强得多，电动机仍按正序磁场方向转动。
而由于负序磁场的制动作用，必将引起电动机输出功率减少，从而导致电动机效率降低。同时，电动机的温升和无功损耗，也将随三相电压的不平衡度而增大。所以电动机在三相电压不平衡状况下运行，是非常不经济和不安全的。
3.4.影响用电设备的安全运行。
三相负荷平衡是安全供电的基础。三相负荷不平衡，轻则降低线路和配电变压器的供电效率，重则会因重负荷相超载过多，可能造成某相导线烧断、开关烧坏甚至配电变压器单相烧毁等严重后果。
由于配变是根据三相负载平衡运行工况设计的，其每相绕组的电阻、漏抗和激磁阻抗基本一致。当配变在三相负载平衡时运行，其三相电流基本相等，配变内部每相压降也基本相同，则配变输出的三相电压也是平衡的。当配变在三相负载不平衡时运行，其各相输出电流就不相等，其配变内部三相压降就不相等，这必将导致配变输出电压三相不平衡。
同时，配变在三相负载不平衡时运行，三相输出电流不一样，而中性线就会有电流通过。因而使中性线产生阻抗压降，从而导致中性点漂移，致使各相相电压发生变化。负载重的一相电压降低，而负载轻的一相电压升高。
在电压不平衡状况下供电，即容易造成电压高的一相接带的用户用电设备烧坏，而电压低的一相接带的用户用电设备则可能无法使用。所以三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全运行。
3.5. 影响用户用电质量。
当三相负荷严重不对称，中性点电位就会发生偏移，线路压降和功率损失就会大大增加。接在重负荷相的单相用户易出现电压偏低，电灯不亮、电器效能降低、小水泵易烧毁等问题。而接在轻负荷相的单相用户易出现电压偏高，可能造成电器绝缘击穿、缩短电器使用寿命或损坏电器。
对动力用户来说，三相电压不平衡，会引起电机过热现象。所以只有三相负荷平衡才能保证用户的电能质量。
3.6. 影响电能计量影响。
根据对称分量法，三相不平衡电流可以分解为三相平衡的正序、负序、和零序三个分量。负序和零序电流分量的存在必然会对计量仪表的精度产生影响。即使在高压侧，虽然零序电流在变压器内环流，不会向系统传递，但负序电流分量可以豪无阻碍地向系统传递，因此仍然会对计量仪表的精度产生影响。
4.对策研究。
4.1.传统解决方法。
4.1.1.均匀分布负荷。
将不对称负荷分散到不同的供电点，减少集中连接导致的不平衡度超标，此种方法无需任何设备投资，只需将单相负载均匀分布到a、b、c三相就可以改善三相不平衡，但我们需要面对一个客观的问题，各个用户的负荷量不一致且用电时间不一致，又不能人为控制，因此不能从根本上解决问题。
4.1.2.增加短路容量。
将不对称负荷接到更高的电压的级上供电，使连接点的短路容量足够大，以提高系统承受不平衡的负荷能力。此方法改善了三相不平衡的用电环境，但没有实质性的解决三相不平衡问题，且同样存在一个客观问题，用电设备都有自己的额定电压，一般正常运行所允许的电压偏差范围并不大，所以将负荷接到更高电压等级供电的方法不是很实际。
4.1.3.电感与电容组合调整。
此种方法是在不平衡的三相中、选择在相与相之间跨接电容与电阻，可提高每相的功率因数，转移相间有功功率，以平衡三相电流，但此方法需要投入电感，在调节不平衡电流装置中安装电感式件很麻烦的事情，电感又大又重，成本也高，损耗也大，虽说电网中大多数负载为感性，可利用其中的电感，只需接入电容，但接入电容很讲究方法，稍有不合理便不能达到理想的治理效果，所以从经济性、简易性角度此方法还需考虑。
4.2新型三相平衡技术。
一般出现三相不平衡的电力系统功率因数都比较低，这就形成了一种需求，要是能有一款产品能在治理三相不平衡的同时又能补偿无功，那么这在电能质量治理领域会是很具性价比的一款产品。
盛弘有源滤波器（apf）及静止无功器（svg）便是一款兼具三相不平衡及无功补偿的产品，它们可以在补偿无功提高功率因数的基础上，解决三相不平衡电流。其原理是通过ct实时检测电流信息，然后将采集信息发给dsp数字控制处理器分析，之后驱动功率电路、和利用内部储能电容将系统三相不平衡电流转移、均匀分配，使三相电流达到平衡状态，具体原理如下(以svg为例)：
如图1所示，假设a、b、c三相负载电流分别为：5a、10a、15a，这时候我们就认为此系统的三相电流出现了不平衡，三相电流完全平衡的状态应该是a、b、c三相电流全部为10a。
盛弘svg在运行时，会通过外接电流互感器（ct）实时检测系统电流，然后将ct采集到的电流信息发给内部控制器进行处理，经过控制器分析之后， svg就会发现系统的电流不平衡状态，同时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值。以图1为例，a相电流想达到平衡状态则需要增加5a的电流，b相电流正好为10a无需调整，c相电流想达到平衡状态则需要减少5a的电流。计算完成之后，控制器就会通过igbt驱动电路来驱动igbt动作，从而使得电流从系统c相流入svg 5a，从svg内部流出5a到系统a相。
从而使得a、b、c三相电流全部重新分配为10a，而系统的三相总电流保持不变。当然，这一系列的计算及控制动作都是在很短的时间内完成的，并且，在这一过程中 svg只是起到一个重新分流的作用，只需消耗很小一部分的能量（如风扇运转、控制器件的能量消耗、开关器件的能量消耗）。
图2正如通常我们所说的电流值的大小是电流有效值一样，我们前文所述的svg分流电流的大小也是在一定时间内的有效值。而实际上svg补偿三相不平衡时开关器件的动作都是瞬时的。
在某一个瞬时，c相的igbt动作，将c相的交流电整流为直流电之后储存在svg内部的母线电容中，如图3所示。
图3而在另一个瞬时，a相的igbt动作，装svg内部的母线电容（a、b、c公用同一组母线电容）上的直流电进行逆变，然后释放到系统a相上，如图4所示。
图4盛弘 svg的动作是瞬时的，而在某一段时间内其收发电流的有效值却是平衡的，因此可以将其动作的结果理解为分流作用，使得系统三相电流的有效值达到一个平衡状态。
当系统三相电流都偏离平衡点时，补偿原理与以上所述的两相偏离平衡点的状况类似。其根本原则就是将某相多出来的电流存储到svg母线电容中，然后从母线电容取出电流补偿需要补偿的某相。
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