整理三相不平衡

精品文檔三相不平衡介紹一、三相不平衡概述三相電氣系統(tǒng)如果三相電壓和電流具有相同的幅值、并且相位互相差120°，則被稱為平衡或?qū)ΨQ的系統(tǒng)。如果其中的一個或兩個條件不滿足，則稱為不對稱或不平衡的系統(tǒng)。若三相的負(fù)荷阻抗相同且均為線性阻抗，則三相的電流都是正弦波，且頻率相同，幅度相同，相位互差120度。正序、負(fù)序、零序的出現(xiàn)是為了量化三相系統(tǒng)電壓或電流的不平衡，分析在系統(tǒng)電壓、電流出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象時，把三相的不對稱分量分解成對稱分量（正、負(fù)序）及同向的零序分量。只要是三相系統(tǒng)，就能分解出上述三個分量（有點象力的合成與分解，但很多情況下某個分量的數(shù)值為零）。對于理想的電力系統(tǒng)，由于三相對稱，因此負(fù)序和零序分量的數(shù)值都為零（這就是我們常說正常狀態(tài)下只有正序分量的原因）。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，三相變得不對稱了，這時就能分解出有幅值的負(fù)序和零序分量度了（有時只有其中的一種），因此通過檢測這兩個不應(yīng)正常出現(xiàn)的分量，就可以知到系統(tǒng)出了毛?。ㄌ貏e是單相接地時的零序分量）。下面再介紹用作圖法簡單得出各分量幅值與相角的方法，先決條件是已知三相的電壓或電流（矢量值），當(dāng)然實際工程上是直接測各分量的。1）求零序分量：把三個向量相加求和。即A相不動，B相的原點平移到A相的頂端（箭頭處），注意B相只是平移，不能轉(zhuǎn)動。同方法把C相的平移到B相的頂端。此時作A相原點到C相頂端的向量（些時是箭頭對箭頭），這個向量就是三相向量之和。最后取此向量幅值的三分之一，這就是零序分量的幅值，方向與此向量是一樣的。2）求正序分量：對原來三相向量圖先作下面的處理：A相的不動，B相逆時針轉(zhuǎn)120度，C相順時針轉(zhuǎn)120度，因此得到新的向量圖。按上述方法把此向量圖三相相加及取三分之一，這就得到正序的A相，用A相向量的幅值按相差120度的方法分別畫出B、C兩相。這就得出了正序分量。3）求負(fù)序分量：注意原向量圖的處理方法與求正序時不一樣。A相的不動，B相順時針轉(zhuǎn)120度，C相逆時針轉(zhuǎn)120度，因此得到新的向量圖。下面的方法就與正序時一樣了。精品文檔

精品文檔三相系統(tǒng)分解成所謂的正序、負(fù)序和零序系統(tǒng)，用下標(biāo)p、n、0來表示。用下標(biāo)a、b、c來表示不同的相。這里的數(shù)學(xué)表達(dá)式是針對電壓U而言，但是這個變量可以用電流I替代，沒有任何問題：U01111UaU1aa2UP~3bU1a2aUnc式中旋轉(zhuǎn)算子a的計算公式為:.,Oa=ej120這些變換是能量恒定的，因此，采用原有值或轉(zhuǎn)換值計算出的任何電能量具有相同的結(jié)果。逆變換為:UaUb1aa2U0UPUc1aa2U0UPUcna）一.相不平-衡■交流量b）匯序分量。負(fù)序分員d）零序分量形象的描述，正序分量就是A相領(lǐng)先B相120°,B相領(lǐng)先C相120°,C相領(lǐng)先A相120°；負(fù)序分量就是A相落后B相120°,B相落后C相120°,C相落后A相120°。在電壓和電流的正序和負(fù)序分量量值之間的比率 u（電壓）和ur（電流）分別是不平衡的測量值（以%表示）： “ ‘U=100%*U/U注意：1、我們所討論的正序、負(fù)序、零序分量都是針對于三相基波分量討論的，諧波因為和基波的特殊關(guān)系，如果耦合到基波里，會體現(xiàn)出正負(fù)零序分量的特征，但是諧波是擾動，應(yīng)盡量濾掉，以排除其對正負(fù)零序分量分析的干擾。精品文檔精品文檔2、這些分量，特別是正序和負(fù)序分量，在實際中不是直接測得的。對采樣電壓和電流進(jìn)行以上數(shù)學(xué)運(yùn)算的數(shù)字測量設(shè)備比采用傳統(tǒng)模擬設(shè)備更加容易實施。二、整流過程的三相不平衡整流三相不平衡的影響PWM整流器運(yùn)行時，通常存在兩方面的不平衡：一類是PWM整流器本身參數(shù)不對稱所導(dǎo)致的PWM整流器運(yùn)行不平衡，另一類是二相電網(wǎng)不平衡。一般而言，PWM整流器本身參數(shù)不平衡雖然存在，但并不嚴(yán)重，若設(shè)計合理，則不會出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡狀況，以至影響PWM整流器裝置的正常運(yùn)行。而電網(wǎng)可能出現(xiàn)較為嚴(yán)重的不平衡狀況，從而影響三相PWM整流器的正常運(yùn)行。對變流器的影響主要表現(xiàn)為：第一，電網(wǎng)不平衡情況下，在電網(wǎng)電壓負(fù)序分量的作用下，將在PWM整流器交流側(cè)產(chǎn)生幅值較大的負(fù)序電流分量，該負(fù)序電流可能使得三相PWM整流器交流電流嚴(yán)重不對稱，出現(xiàn)某些相的電流遠(yuǎn)大于其他相的電流，輕則引起系統(tǒng)故障保護(hù)，重則嚴(yán)重威脅整流器的功率開關(guān)，甚至燒毀裝置。因此若不對PWM整流器控制策略進(jìn)行改進(jìn)，在電網(wǎng)嚴(yán)重不穩(wěn)定的區(qū)域，三相PWM整流器需要降額運(yùn)行，這又給PWM整流器帶來容量上的損失。第二，電網(wǎng)不平衡情況下，PWM整流器將在交流側(cè)產(chǎn)生較大幅值的負(fù)序電流分量，而負(fù)序電流分量與正序開關(guān)函數(shù)的乘積以及正序電流與負(fù)序開關(guān)函數(shù)的乘積將使得三相PWM整流器直流電流中產(chǎn)生二次諧波分量，該諧波電流經(jīng)直流電容和負(fù)載電阻濾波后，將在直流電壓中產(chǎn)生二次諧波。而直流電壓中的二次諧波與基波開關(guān)函數(shù)的乘積使得三相PWM整流器交流電壓中包含三次諧波電壓，進(jìn)而在交流側(cè)產(chǎn)生三次諧波電流。如此反復(fù)，電網(wǎng)不平衡條件下基于電網(wǎng)平衡條件設(shè)計的三相 PWM整流器直流電壓中將存在2,4,…等偶次非特征諧波電壓分量，而在交流電流中存在3,5，…等奇次非特征諧波電流分量。大量的低次諧波將引起電網(wǎng)電壓的畸變，造成變壓器和交流濾波電感損耗增加，工作溫度上升，低次電流諧波產(chǎn)生的洛倫磁力引起變壓器和濾波電感線圈的振動，產(chǎn)生大量的噪聲等等一系列問題。為此，電網(wǎng)不平衡時必須對PWM整流器控制策略進(jìn)行改進(jìn)，消除因電網(wǎng)不平衡引起的低次諧波分量。第三，電網(wǎng)不平衡時，由于負(fù)序電網(wǎng)電動勢和負(fù)序交流電流的存在，三相PWM整流器將從電網(wǎng)輸入不平衡的瞬時功率，在這種情況下三相PWM整流器的運(yùn)行可能使電網(wǎng)的不平衡變得更為嚴(yán)重。精品文檔

精品文檔控制分類針對不同的控制目的，控制策略可以分成兩大類，一類是以控制三相VSR交流電流為對稱三相正弦電流為控制目的的不平衡控制策略：另一類是以控制三相VSR功率平衡為目的的三相VSR不平衡控制策略。若根據(jù)電流內(nèi)環(huán)的跟蹤信號類型來分類，則又可以分成基于abc或aB靜止坐標(biāo)系的不平衡控制策略，和基于同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系的不平衡控制策略。若三相電網(wǎng)電壓不平衡，且只考慮基波電壓，則電網(wǎng)電壓 E可描述為正序電壓石八負(fù)序電壓En和零序電壓E0三者的合成，即E=Ep+En+E0eaebec=Epmcoseaebec=Epmcoscos&t+a_120。)Gt+a+120。)

p+EnmcosI3t+a)

cos&t+a+120°cos(3t+JN_120°)cos(3t+as0cos13t+a"SOcos\3t+a0)1)1式中，E式中，Ep、En、E0為正序、負(fù)序、零序基波電壓峰值;mmm序、負(fù)序、零序基波電壓的初始相位角。a、a、a為正上圖為一個三相電壓型整流器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，根據(jù)整流器工作原理和基爾霍夫電流定理我們可以得到整流器的數(shù)學(xué)模型為：

精品文檔我們設(shè)零序分量為e0，那么有將其帶入到整流器數(shù)學(xué)模型(2.1)將其帶入到整流器數(shù)學(xué)模型(2.1)中:吟一“一?(2%_衛(wèi))+與吟一“一?(2%_衛(wèi))+與瑞=—電—”—df從式(3-3)中可知，e-e0、e-e0和e-e0均為不含有零序分量的電網(wǎng)電動勢，即只含有相應(yīng)的正序和負(fù)序分量。”這說明電網(wǎng)電動勢的零序分量大小不會改變PWM整流器的模型結(jié)構(gòu)，也不會對其工作產(chǎn)生任何作用。所以在PWM整流器的控制系統(tǒng)分析與設(shè)計過程中，無需再考慮電網(wǎng)零序電動勢。此時PWM整流器的數(shù)學(xué)模型可簡化為(2.3)根據(jù)此分析結(jié)果，我們也可以得出以下結(jié)論：對于三相三線制的不平衡電網(wǎng)電動勢，如果它的幅值和相位都是不平衡的，那么可以通過增減一定的零序分量大小，能夠?qū)⑵渥儞Q為只有幅值不平衡或者只有相位不平衡的三相電網(wǎng)電動勢，而在變換前后三相電網(wǎng)電動勢的外特性(線電壓)是不變的。基于正、負(fù)序電流獨立控制的功率平衡控制策略精品文檔

精品文檔32iy*5wm|產(chǎn)三相PWM精品文檔32iy*5wm|產(chǎn)三相PWM整流器在正、負(fù)序同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的模型方程:產(chǎn)* 出** "以3篙+叫+呀+曲U：由在電網(wǎng)電壓不平衡狀態(tài)下，三相PWM整流器網(wǎng)側(cè)視在復(fù)功率的矢量表達(dá)式式中，J*川為的共朝復(fù)矢量；內(nèi)式中，J*川為的共朝復(fù)矢量；內(nèi)4效）分別為二相PWM整流器網(wǎng)側(cè)瞬時有功功率、瞬時無動功率.精品文檔精品文檔可得:精品文檔可得:(2.4)分=1.5聞小葉小E/+中：）

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圓=L5⑶，：+</；-￡；/；-E：1）(2.4)其中，勺、Q0分別為瞬時有功、無功功率平均值；P2、P2分別為二次有功余弦、正弦項諧波峰值；Q、Q分別為二次無功余弦、’2正弦項諧波峰值。c2s2式（2.4）經(jīng)過簡單的矩陣變化，式（2.4）經(jīng)過簡單的矩陣變化，得到如下矩陣式:式中，￡）=同）、同為-［（或了+（?。┘?引入結(jié)構(gòu)完全對稱的正序、負(fù)序坐標(biāo)系雙電流內(nèi)環(huán)控制，以實現(xiàn)對正序、負(fù)序電流的獨立控制。由于在正序坐標(biāo)系中，正序指令電流為直流分量，而在負(fù)序坐標(biāo)系中負(fù)序指令電流也為直流分量，若正序、負(fù)序雙電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)都采用PI調(diào)節(jié)器，則可以實現(xiàn)三相VSR正序、負(fù)序電流的無靜差控制，從而實現(xiàn)P2=P2=0（有功二次諧波），Q0=0（無功分量）。如此，就可以完全抑制在電向不平衡時導(dǎo)致的三相VSR直流電壓中的2次諧波和達(dá)到功率系數(shù)為1?；谡⒇?fù)序電流獨立控制的網(wǎng)側(cè)功率平衡控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如上圖所示。但是瞬時無功功率仍存在2次諧波分量，這是由于只有Ip、Ip、In、In四dqdq個控制變量，因而無法同時滿足P、Q0、P2、P2、Q2、Q2的控制要求。換言之，無法在P0受控條件下，同時滿足P2=P2=Q;Q：=0的控制要求。由式（2.5）我們還可以看出，當(dāng)電網(wǎng)電壓不平衡時，為了抑制三相PWM整流器直流電壓的2次諧波，必須使三相PWM整流器交流電流存在一定量的負(fù)序分量。這樣，當(dāng)三相PWM整流器直流電壓2次諧波得以抑制時，不僅瞬時無功功率仍存在2次諧波分量，而且三相PWM整流器交流側(cè)還會有負(fù)序電流。也就是說，通過增加交流電流的負(fù)序電流來達(dá)到抑制直流電壓 2次諧波的目的。精品文檔精品文檔基于印坐標(biāo)系的功率平衡控制把正序、負(fù)序指令電流Ip、Ip、In、In變換成兩相靜止坐標(biāo)系a0中的指dqdq令電流Ia、I，并在aB坐標(biāo)系中進(jìn)行電流的跟蹤控制，就得出基于aB坐標(biāo)系三相VSR網(wǎng)側(cè)功率平衡控制策略。ip*=ip*€卿<aPdqiN*=iN*e-j31laPdqi*=ip*+iN*aPaPaP在兩相靜止aB坐標(biāo)系中，指令電流i*、i*是以電網(wǎng)電動勢基波角頻率變aP換的正弦信號，為了對其實現(xiàn)無靜差的跟蹤控制，電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器仍然需要采用內(nèi)模原理進(jìn)行設(shè)計，容易得出基于aB坐標(biāo)系電流跟蹤控制策略aB軸電壓控制算法為廿；二仃用￡-心）十%

二G科、3容易得出基于aB坐標(biāo)系電流跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如下圖所示。由上述兩個坐標(biāo)系下的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可得：相對于基于正負(fù)坐標(biāo)系的功率控制，基于aB坐標(biāo)系的功率控制策略的電流內(nèi)環(huán)控制器少了兩個，控精品文檔精品文檔制結(jié)構(gòu)簡化了不少。三、逆變過程的三相不平衡逆變不平衡運(yùn)行的原因：三相負(fù)載不平衡、三相變壓器及交流濾波器的參數(shù)不對稱，甚至單相負(fù)載運(yùn)行等。逆變器輸出阻抗不為零，則三相不平衡電流導(dǎo)致了輸出電壓不對稱。三相不平衡負(fù)載是逆變器輸出電壓不平衡最主要的原因。任意不對稱三相負(fù)載電流可以分解為正序、負(fù)序和零序三組對稱分量，逆變器在三組對稱負(fù)載電流分量分別作用的情況下，采用正序、負(fù)序和零序各自的單相等效電路就能方便地求得輸出電壓的三組對稱分量，再利用疊加原理，由下式確定總的輸出電壓：UUUUoaoa+oa一oa0UU十U十Uobob+ob一ob0UUUUoc-o oc+」o一—Loc0」3.1輸出電壓不平衡特性分析與控制(a)正序分量如果采用以給定電壓頻率同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(d-q軸系)中的控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，經(jīng)3相靜止/2相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，二相輸出電壓正序分量變?yōu)?個直流量：SSF次 L[ - 3) c(]3、緲4-工汛/可-sinav-siul；的-2不/3)—win十工打『3)c0電7y2xUjt+siiil/iF-2^/3Ic0電61:_1_44兇+271/3+伊卜式中1F分別為正序分量幅值和初相角.參考量和輸出電壓正序分量的反饋量都是直流量，同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 PI控制器的積分作用能迫使正序輸出量無靜差地跟蹤參考量。三相逆變器帶平衡負(fù)載時能保持輸出對稱，平衡運(yùn)行是三相正序分量的運(yùn)行情況，也是不平衡運(yùn)行的特例。三相靜止坐標(biāo)系控制器也能直接對三組對稱分量進(jìn)行補(bǔ)償，然而這種控制器理論上不可能實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)態(tài)無靜差。精品文檔

精品文檔(b)負(fù)序分量負(fù)序輸出電壓變換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系可得：』，,，丑洌….+”L」 |_心。_3111\(i)r-2,7/?I?。荨窵~ 」式中U-y分別為負(fù)序分量幅值和初相角.由上式可見，負(fù)序分量在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中變成2倍于基波頻率的交流量，通常的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系PI控制器不可能消除負(fù)序輸出電壓的誤差。但是對同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系PID控制器進(jìn)行合適的參數(shù)設(shè)計，可以削弱負(fù)序分量，使三相逆變器輸出不平衡度得到有效抑制。根據(jù)正序分量的無靜差調(diào)節(jié)原理，依次類推，另一種有效的控制方案是采用二組 PI控制器，一組PI控制器處在與給定電壓矢量同向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系之中，另一組則在反向的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中；這樣，負(fù)序分量在反向同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中