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摘要：在机场配电系统中常有三相电流不平衡现象，本文对其系统存在的三相不平衡及无功补偿问题进行研究, 分析三相四线制低压配电网中三相不平衡对系统正常运行造成的危害, 比较传统的三相平衡化及无功补偿方法, 提出新型有源补偿及滤波器的解决方法, 通过计算实验结果可知, 该方法在调节三相平衡的同时, 可以将负荷的功率因数补偿到理想要求。
关键词: 三相不平衡；无功补偿；滤波器
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着我国国民经济的蓬勃发展, 电力网负荷急剧加大, 特别是冲击性、非线性负荷容量的不断增长,使得电网发生电压波形畸变, 电压波动、闪变和三相不平衡等电能质量问题。
其中负荷的变化、三相不平衡等问题引起电网负序电压和负序电流, 严重影响供电质量, 进而增加线路损耗, 降低供电可靠性。
针对以上问题的解决, 国内多采用无功补偿方法, 较少考虑三相负荷平衡问题, 所以在无功补偿投切电容时,若投切不当, 反而增加不平衡的情况。因此, 三相不平衡和无功补偿应该是需要同时解决的问题。
本文提出了一种新的研究方法:就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率。增加电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题。
1、三相不平衡的危害
⑴引起旋转电机的附加发热和振动,危及起安全运行和正常出力。
⑵引起以负序分量为起动元件的多种保护发生误动作(特别是當电网中同时存在谐波时), 这对电网安全运行是有严重威胁的。
⑶电压不平衡使半导体变流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波),而这种设备一般设计上只允许2%的电压不平衡度。
⑷电压不平衡使发电机容量利用率下降。
⑸变压器的三相负荷不平衡,不仅使负荷较大的一相绕组过热导致其寿命缩短,而且还会由于磁路不平衡,大量漏磁通经箱壁、夹件等使其严重发热,造成附加损耗。
⑹在低压配电线路中,三相不平衡还回影响计算机正常工作,以及用电设备的寿命缩短等。对于通信系统,三相不平衡还会影响通信质量。
2、改善三相不平衡的方法
⑴将不对称负荷分散接到不同的供电点,以减小集中连接造成的不平衡度超标问题。
⑵使不对称负荷合理分配到各相,尽量使其平衡化。
⑶将不对称负荷接到更高电压级上供电,以使连接点的短路容量足够大。
⑷采用平衡化装置。
本文所提供的方法就是基于上面第四种措施实现的。
3、合理无功补偿的意义
合理的补偿无功功率可以提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，也可以稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。电网的三相不平衡，不但可以引起电机及变压器的发热和附加损耗，严重时还会引起继电保护和自动装置的误起动，同时会缩短许多用电设备的使用寿命，因此应对电网中三相不平衡进行调节。现在人们对这两个问题越来越重视，提出了综合补偿的方法，即在补偿无功功率的同时把各相的有功功率也调节平衡。
在机场配电中常有三相电流不平衡现象，例如：一台变压器容量为800KVA，负荷率为40%-50%左右。功率因数在0.5-0.7之间变化，三相不平衡度可达到其中一相为另一相的2倍（例如：A相100A，B相为50A左右，C相为70A左右。）
如根据上述的情况计算可得：（负荷率按50%计算）
系统平均电流＝800*50%/0.4/1.732=577A，但出现不平衡时可能会出现A相为400A，B相为800A，C相为600A的现象出现。
4、传统补偿的原理：
如果现场负荷为三相对称负载，则可通过传统补偿器提高功率因数，改善电网质量。其原理就是向系统内投入与系统无功功率相同的容性无功实现补偿的目的。即，电感和电容之间构成了环流（如图1），使电感电流不产生网损，降低系统母线上电流，减少浪费。
图1.传统无功补偿的工作原理简图
用传统的补偿器来补偿三相不对称的负载，常出现三相补偿中某相补偿正好，有的过补，有的欠补。如果采用分相补偿的话也只能将系统内的无功电流补偿掉，但系统因有功功率分配产生的三相不平衡依然解决不了。
5、新型有源补偿的原理
有源补偿及滤波器的基本原理是从被补偿对象中检测出参考电流，然后由补偿装置综合产生一个与该电流大小相等但极性相反的补偿电流，从而消除电网中的无功电流，使电网电流只含有基波分量，有功功率平衡。解决供电系统三相不平衡问题。
图2.有源补偿及滤波联接简图
5.1工作原理：
首先将不对称的负载电流利用对称分量法进行分解得到正序分量、负序分量和零序分量为Il+ 、 Il- 、 Il0。其中：
如果补偿器输出电流满足：
说明：补偿器可以进行对负载正序分量中的虚部进行补偿，发出一个相反的虚部电流，实现补偿的目的；而针对负载负序分量补偿较复杂一些，其中负序电流中实部需要补偿器产生电流进行补偿，负序电流中虚部需要补偿器产生电流进行补偿。最终实现系统中三相平衡的有功电流。
如系统为三相四线制，并且三相负载也不平衡，理论上有源补偿器及滤波器可解决三相电流不平衡的现象。首先要保证系统侧的电压平衡，补偿器及滤波器采用三相四线制接法，这样可以通过以上原理实现对三相不平衡电流的补偿。但是补偿器及滤波器电压源侧直流电压波动是很大的，给控制带来困难，加大直流电容容量是解决其有效的方法。
结束语
有源补偿及滤波器运用“相间功率转移”的方法可以实现无功功率补偿和有功功率平衡并举。
关键词: 三相不平衡；无功补偿；滤波器
中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：
前言
随着我国国民经济的蓬勃发展, 电力网负荷急剧加大, 特别是冲击性、非线性负荷容量的不断增长,使得电网发生电压波形畸变, 电压波动、闪变和三相不平衡等电能质量问题。
其中负荷的变化、三相不平衡等问题引起电网负序电压和负序电流, 严重影响供电质量, 进而增加线路损耗, 降低供电可靠性。
针对以上问题的解决, 国内多采用无功补偿方法, 较少考虑三相负荷平衡问题, 所以在无功补偿投切电容时,若投切不当, 反而增加不平衡的情况。因此, 三相不平衡和无功补偿应该是需要同时解决的问题。
本文提出了一种新的研究方法:就是在电容器组串接电抗器来组成谐波滤波器。滤波器的设计要使在工频情况下呈容性，以对线路进行无功补偿，对于谐波则为感性负载，以吸收部分谐波电流，改善线路的畸变率。增加电抗器后，要考虑电容端电压升高的问题。
1、三相不平衡的危害
⑴引起旋转电机的附加发热和振动,危及起安全运行和正常出力。
⑵引起以负序分量为起动元件的多种保护发生误动作(特别是當电网中同时存在谐波时), 这对电网安全运行是有严重威胁的。
⑶电压不平衡使半导体变流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波),而这种设备一般设计上只允许2%的电压不平衡度。
⑷电压不平衡使发电机容量利用率下降。
⑸变压器的三相负荷不平衡,不仅使负荷较大的一相绕组过热导致其寿命缩短,而且还会由于磁路不平衡,大量漏磁通经箱壁、夹件等使其严重发热,造成附加损耗。
⑹在低压配电线路中,三相不平衡还回影响计算机正常工作,以及用电设备的寿命缩短等。对于通信系统,三相不平衡还会影响通信质量。
2、改善三相不平衡的方法
⑴将不对称负荷分散接到不同的供电点,以减小集中连接造成的不平衡度超标问题。
⑵使不对称负荷合理分配到各相,尽量使其平衡化。
⑶将不对称负荷接到更高电压级上供电,以使连接点的短路容量足够大。
⑷采用平衡化装置。
本文所提供的方法就是基于上面第四种措施实现的。
3、合理无功补偿的意义
合理的补偿无功功率可以提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗，也可以稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。电网的三相不平衡，不但可以引起电机及变压器的发热和附加损耗，严重时还会引起继电保护和自动装置的误起动，同时会缩短许多用电设备的使用寿命，因此应对电网中三相不平衡进行调节。现在人们对这两个问题越来越重视，提出了综合补偿的方法，即在补偿无功功率的同时把各相的有功功率也调节平衡。
在机场配电中常有三相电流不平衡现象，例如：一台变压器容量为800KVA，负荷率为40%-50%左右。功率因数在0.5-0.7之间变化，三相不平衡度可达到其中一相为另一相的2倍（例如：A相100A，B相为50A左右，C相为70A左右。）
如根据上述的情况计算可得：（负荷率按50%计算）
系统平均电流＝800*50%/0.4/1.732=577A，但出现不平衡时可能会出现A相为400A，B相为800A，C相为600A的现象出现。
4、传统补偿的原理：
如果现场负荷为三相对称负载，则可通过传统补偿器提高功率因数，改善电网质量。其原理就是向系统内投入与系统无功功率相同的容性无功实现补偿的目的。即，电感和电容之间构成了环流（如图1），使电感电流不产生网损，降低系统母线上电流，减少浪费。
图1.传统无功补偿的工作原理简图
用传统的补偿器来补偿三相不对称的负载，常出现三相补偿中某相补偿正好，有的过补，有的欠补。如果采用分相补偿的话也只能将系统内的无功电流补偿掉，但系统因有功功率分配产生的三相不平衡依然解决不了。
5、新型有源补偿的原理
有源补偿及滤波器的基本原理是从被补偿对象中检测出参考电流，然后由补偿装置综合产生一个与该电流大小相等但极性相反的补偿电流，从而消除电网中的无功电流，使电网电流只含有基波分量，有功功率平衡。解决供电系统三相不平衡问题。
图2.有源补偿及滤波联接简图
5.1工作原理：
首先将不对称的负载电流利用对称分量法进行分解得到正序分量、负序分量和零序分量为Il+ 、 Il- 、 Il0。其中：
如果补偿器输出电流满足：
说明：补偿器可以进行对负载正序分量中的虚部进行补偿，发出一个相反的虚部电流，实现补偿的目的；而针对负载负序分量补偿较复杂一些，其中负序电流中实部需要补偿器产生电流进行补偿，负序电流中虚部需要补偿器产生电流进行补偿。最终实现系统中三相平衡的有功电流。
如系统为三相四线制，并且三相负载也不平衡，理论上有源补偿器及滤波器可解决三相电流不平衡的现象。首先要保证系统侧的电压平衡，补偿器及滤波器采用三相四线制接法，这样可以通过以上原理实现对三相不平衡电流的补偿。但是补偿器及滤波器电压源侧直流电压波动是很大的，给控制带来困难，加大直流电容容量是解决其有效的方法。
结束语
有源补偿及滤波器运用“相间功率转移”的方法可以实现无功功率补偿和有功功率平衡并举。