三相不平衡系统功率因数准确计量方法的研究

孙波

摘 要：针对三相不平衡系统下功率因数正确计量尚未达成统一的问题，利用MALTAB对3种不同的功率因数计量方法建立仿真模型，理论分析3种不同标准功率因数的计量方法。通过对比3种不同功率因数计量方法下视在功率平方与线路损耗的线性度关系，得到能正确反映线路损耗的功率因数计量方法。实例分析表明在三相不平衡系统情况下，现有的功率因数计量方式存在很大的问题，等效功率因数能准确反映线路损耗大小，为电能计量的正确考核提供了依据。

关键词：电力系统 三相不平衡 等效功率因数

中图分类号：TM933 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0014-03

近年来，随着交流电弧炉、电力机车等不平衡负荷日益增多，使供电系统的三相不平衡现象也越来越严重。三相不平衡系统影响电气设备的正确运行，影响电能的正确计量，影响供电部门对电力用户的正确考核。因为国内外目前的电能计量方式都没有考虑到系统不平衡下对电能计量的影响，所以只适用于三相平衡系统下的电能计量[1]，针对目前的三相不平衡系统越来越严重，选择一种能够正确估计电网中的线路损耗，在三相不平衡系统下正确计量功率因数的方法对电能的正确计量具有重要的意义。

国内外也越来越重视三相不平衡系统下功率因数准确计量的研究，开展了一系列的研究工作，并取得了一些成果，文献[2-4]提出了3种不同的功率因数计量方法。

到目前为止，针对三相不平衡系统下的功率因数正确计量还没有达成统一，哪种功率因数计量方式能够公平合理地对电力用户进行考核还存在许多争议。为此，该文通过分析几种不同功率因数计量方式在三相平衡系统下和三相不平衡系统下对线路损耗的理论计算和实际的对比，可以得到等效功率因数能够准确有效地计算功率因数，反映实际的电网损耗，对电能的正确计量和系统的无功补偿研究具有指导意义。

1 三相三线系统功率因数的计量研究

1.1 三相三线系统图

假设系统的三相电源对称，且三相三线系统图如图1所示。

下面通过上述分析的不同功率因数计量方式，对不同的功率因数计量方式建立Matlab仿真模型。现在保持电源电压和线路阻抗都不变，通过改变负载从而改变负载电流来改变线路的损耗，得到一组不同计量方式的视在功率值，通过对上面的线路损耗ΔP和不同视在功率下进行线路模拟，可以得到系统线路损耗与视在功率的平方的关系如图2～图4所示。

由上面的Matlab仿真结果可以得出，和ΔP的线性度比较好，而与ΔP的线性度是最差的。所以在功率因数计量方式中，等效功率能够更准确地反映线路的损耗，因而等效功率因数也更能体现线路的利用率。

5 实例分析

对铁路牵引系统110 kV侧火车单行通过时进行电能质量测试，得出铁路牵引系统110 kV侧三相电流波形如图5所示。

由测试结果得出，铁路牵引系统110 kV侧的功率因数为0.95，满足功率因数的限制要求。但通过测试数据计算等效功率因数为0.68，不满足功率因数的限制要求。可以看出现有的电能计量方式存在很大的问题，在三相不平衡情况下，其现有功率因数计算值和等效功率因数的计算结果误差较大，现有功率因数计量方法不能准确地反映线路的损耗大小。

6 结语

该文通过理论分析得出在三相不平衡系统中，等效功率因数能够很好地反映线路的利用率和系统负荷平衡情况。文中的等效功率因数在三相不平衡系统中能够准确有效地反映系统功率因数，对电能的正确计量和对系统无功补偿研究具有非常重要的意义。实例分析表明电力机车现有功率因数计量不准确，可能导致无功补偿，希望通过该文的初步结论能够引发对功率因数正确计量的深入研究。

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