陳 立，申雙葵*，朱 毅，馬 斌，郭 蕾

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，成都 610041；2.西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，成都 610031)

電壓不平衡度在電網(wǎng)中的分布規(guī)律

陳 立1，申雙葵1*，朱 毅2，馬 斌2，郭 蕾2

(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，成都 610041；2.西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，成都 610031)

牽引負(fù)荷是電力網(wǎng)電壓不平衡的主要原因，為治理電氣化鐵路負(fù)序問(wèn)題，首先給出牽引負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流的通用計(jì)算方法，并結(jié)合牽引變電所實(shí)測(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)，以某電力系統(tǒng)為例，通過(guò)編程、仿真分析了牽引負(fù)荷引起的電壓不平衡度在電網(wǎng)中的分布規(guī)律。結(jié)果表明：1)從單個(gè)牽引變電所來(lái)看，阻抗匹配平衡變壓器具有非常好的降低負(fù)序的效果；2)牽引負(fù)荷對(duì)高電壓等級(jí)節(jié)點(diǎn)的電壓不平衡度的影響很??；3)電壓不平衡度隨節(jié)點(diǎn)距牽引變電所的距離的增大而減小。

牽引負(fù)荷；電壓不平衡度；分布規(guī)律

除牽引負(fù)荷、電弧爐等負(fù)荷外，正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)三相基本平衡[1]。隨著我國(guó)高速鐵路的發(fā)展，由于牽引負(fù)荷的電流大而造成的負(fù)序問(wèn)題愈加突出[2-3]。因此，牽引負(fù)荷產(chǎn)生的電壓不平衡問(wèn)題得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注[4-8]，目前普遍根據(jù)牽引變壓器的接線計(jì)算出其一次側(cè)的三相電流，求出注入電力系統(tǒng)的負(fù)序電流，由此計(jì)算在電力網(wǎng)中引起的電壓不平衡度[9]。然而，牽引變壓器接線形式多樣，其分析較為繁瑣。本文給出了負(fù)序電流的統(tǒng)一分析方法，結(jié)合牽引負(fù)荷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以實(shí)際電網(wǎng)為例，仿真分析了電牽引負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流在電網(wǎng)中的滲透規(guī)律。

1 仿真算法

1.1 牽引負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流

對(duì)牽引負(fù)荷產(chǎn)生的負(fù)序電流的分析一般采用對(duì)稱分量法[10]，該方法需要分析人員熟悉牽引變壓器的接線方式。文獻(xiàn)[10]提供了一種適用于任意接線方式的變壓器的分析方法，稱之為統(tǒng)一負(fù)序分析方法。該方法將牽引負(fù)荷與電力系統(tǒng)的連接簡(jiǎn)化，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)劃分

(1)

(2)

(3)

(4)

再由功率守恒原理(忽略變壓器內(nèi)部損失)得

(5)

(6)

由對(duì)稱分量法可得到正序、負(fù)序電流：

(7)

1.2 電力網(wǎng)電壓不平衡度的理論分析

得到各牽引變電所注入電力網(wǎng)的負(fù)序電流后，對(duì)電力網(wǎng)進(jìn)行負(fù)序建模，形成負(fù)序網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)電壓方程：

(8)

其中：節(jié)點(diǎn)電壓方程中的電流為各節(jié)點(diǎn)注入電力網(wǎng)的負(fù)序電流。若某節(jié)點(diǎn)無(wú)注入電力網(wǎng)的負(fù)序電流，則可將其設(shè)為零。

得到負(fù)序電壓后，由εU=U(-)/U(+)×100%可計(jì)算出電壓不平衡度。

1.3 相關(guān)國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

GB/T 15543—2008 《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》規(guī)定[11]：電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。

2 算例分析

某地區(qū)電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中1#電力變電所將電壓從500 kV降到220 kV，2#電力變電所將電壓從220 kV降到110 kV，3#～4#電力變電所均為110 kV地方變電所。各節(jié)點(diǎn)的電壓等級(jí)和相對(duì)位置如表1所示。

為顯示負(fù)序電流的傳播規(guī)律，本文僅研究一個(gè)牽引變電所帶牽引負(fù)荷的情況。牽引負(fù)荷采用實(shí)測(cè)電流數(shù)據(jù)作為供電臂上的等效負(fù)載。1#牽引變電所左右供電臂電壓、電流負(fù)荷曲線如圖3所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1 節(jié)點(diǎn)相對(duì)位置和相應(yīng)的電壓不平衡度仿真值

監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓等級(jí)/kV距節(jié)點(diǎn)1的距離/km電壓不平衡度/%兩臂均帶負(fù)荷僅超前相帶負(fù)荷11100 00．3420．580211058 00．3060．52331102．30．3400．581411045 00．3390．5805110116 00．2560．437611082 00．3060．52372200 00．2440．416822063 00．1350．231

當(dāng)1#牽引變電所帶負(fù)荷時(shí)，對(duì)所建模型使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，可得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)負(fù)序滲透數(shù)據(jù)如表1和圖4所示。為顯示電壓不對(duì)稱與該節(jié)點(diǎn)位置之間的關(guān)系，表1和圖4也給出了相應(yīng)的位置。將兩供電臂帶負(fù)荷與超前相供電臂單獨(dú)帶負(fù)荷時(shí)的電壓不平衡度對(duì)比，可說(shuō)明阻抗匹配平衡變壓器降低負(fù)序的效果。

(a) 左供電臂電壓、電流曲線

(b)右供電臂電壓、電流曲線

(a)兩臂均帶負(fù)荷

(b) 僅超前相帶負(fù)荷

由仿真結(jié)果可知：1)由表1可見(jiàn)，兩供電臂帶負(fù)荷時(shí)的電壓不平衡度反而低于超前相供電臂單獨(dú)帶負(fù)荷，說(shuō)明阻抗匹配平衡變壓器對(duì)降低負(fù)序有非常好的效果。2)由表1可知，220 kV節(jié)點(diǎn)的電壓不平衡度普遍低于110 kV節(jié)點(diǎn)，說(shuō)明電壓等級(jí)越高，牽引負(fù)荷引起的負(fù)序電壓對(duì)公共連接點(diǎn)不平衡度的影響越小。3)由圖4可知，節(jié)點(diǎn)距公共連接點(diǎn)越遠(yuǎn)，其電壓不平衡度越小，顯示出電壓不平衡度的衰減特性。

當(dāng)整個(gè)電力系統(tǒng)有多個(gè)牽引變電所時(shí)，電力系統(tǒng)中任意節(jié)點(diǎn)的電壓不平衡度相互疊加，難以說(shuō)明電壓不對(duì)稱度的分布特征，故本文未給出相應(yīng)的仿真結(jié)果。由進(jìn)一步的仿真可知，當(dāng)電力網(wǎng)中有多個(gè)阻抗匹配牽引器時(shí)，因牽引變電所均采用輪換接線，其降低負(fù)序的總體效果較其他接線變壓器優(yōu)勢(shì)并不大。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)仿真分析可知：1)從單個(gè)牽引變電所來(lái)看，阻抗匹配平衡變壓器具有非常好的降低負(fù)序的效果；2)牽引負(fù)荷對(duì)對(duì)高電壓等級(jí)節(jié)點(diǎn)的電壓不平衡度的影響越??；3)電壓不平衡度隨節(jié)點(diǎn)距牽引變電所的距離的增大而減小。

[1] 林海雪.電力系統(tǒng)三相不平衡[M].北京:中國(guó)電力出版社,1998.

[2] 李群湛.我國(guó)高速鐵路牽引供電發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題[J]. 鐵道學(xué)報(bào),2010,32(4):119-124.

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[11] 全國(guó)電壓電流等級(jí)和頻率標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T 15543—2008.電能質(zhì)量三相電壓不平衡[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

Distribution Law of Voltage Unbalance in Power Grids

CHENLi1,SHENShuangkui1*,ZHUYi2,MABin2,GUOLei2

( 1.Chengdu Power Supply Company, State Grid Corporation of China, Chengdu 610041,China; 2.School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,China)

Traction load is the main reason for the unbalanced voltage of electric power networks. The general calculation method for negative sequence current of traction load is given, and the distribution law of voltage unbalance in power system is analyzed by means of the load data. The results show that: 1) from a single traction substation, the impedance matching balance transformer has a very good effect of reducing the negative sequence, 2) traction load on the voltage level of high voltage, the impact is very small; 3) the voltage unbalance degree decreases with the increase in the distance between the nodes.

traction load; voltage unbalance; distribution

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2015.04.004

2015-04-01

國(guó)家自科基金項(xiàng)目“高速鐵路接觸網(wǎng)在線防冰的基礎(chǔ)理論研究”(51307142)

陳立(1967— ),男(漢族)，四川成都人，高級(jí)工程師，博士，研究方向：電力系統(tǒng)調(diào)度、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)等。 申雙葵(1982— ),男(漢族)，湖南邵東人，工程師，碩士，研究方向：電力系統(tǒng)調(diào)度、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，通信作者郵箱：12053214@qq.com。

TM922.3

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2095-5383(2015)04-0011-03