三相不平衡现象及其影响分析

电力系统三相不平衡分为电力系统的网路结构不平衡和三相电压电流信号的不平衡。

从网路结构上讲，三相电力系统包含三相电源系统、三相输配电系统和三相负载系统。只有当三个子系统网路结构上都平衡时，三相电力系统才是平衡的。从三相电力系统的网路结构来讲，三相平衡与三相对称是等价的。

对三相电压、电流信号而言，平衡与对称是完全不同的概念。三相电压或电流平衡是指三相信号的瞬时值是平衡的，即三相信号瞬时值之和恒为零：

三相电压或电流对称是指三相信号在用图形（波形图、相量图等）表示时，具有平面对称性。三相对称的周期性电压或电流信号必须满足如下关系：

从三相序分量的角度而言，当三相电压或电流的零序分量为零时，则三相电压或电流是平衡的；当三相电压或电流的负序分量和零序分量均为零时，则三相电压或电流是平衡且对称的。对于正弦信号而言，三相平衡未必对称，但是三相对称必然平衡。

三相电压或电流的不对称通常是由包括负载在内的三相系统的网路结构不平衡引起的。由于发电机和输配电系统通常是平衡对称的，因而三相电压或电流的不平衡或不对称主要是由三相负载不平衡引起的。因此，常用三相电压或电流的不平衡或不对称来反映整个电力系统的不平衡或不对称，并统称为三相不平衡度。

三相电压和电流的不平衡度分别定义如下^［8］：

式中 ε_U％、ε_I％——三相电压和电流的不平衡度；(www.xing528.com)

U₁、I₁——电压和电流的正序分量方均根值；

U₂、I₂——电压和电流的负序分量方均根值。

由于三相负载不平衡是三相电压或电流不平衡的主要根源，因此可按三相负载功率计算负载电流的不平衡度以及由此引起的PCC电压的不平衡度^［9］。假设已知负载的相间有功功率和无功功率分别为P_ab、P_bc、P_ca和Q_ab、Q_bc、Q_ca，则三相负载的正序功率（以下标1表示）和负序功率（以下标2表示）分别定义如下：

于是，负载三相电流不平衡度及其在PCC引起的三相电压不平衡度可分别计算如下：

式中 S_k——PCC的三相短路容量。

设此负载的短路比为SCR，则电压不平衡度与电流不平衡度之间具有如下关系：