有源功率平衡裝置在低壓配網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

李顯旺

摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力配網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題越發(fā)突出。電力配網(wǎng)多為單相負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)間上的差異性以及負(fù)荷分布不均勻均會(huì)導(dǎo)致三相功率不平衡；有源功率平衡裝置，采用先進(jìn)的控制策略，在低壓配電臺(tái)區(qū)應(yīng)用，能夠有效改善電力配網(wǎng)存在的三相不平衡問(wèn)題。該裝置不僅使不平衡度降低明顯，同時(shí)可消除零線電流，具有良好的技術(shù)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：三相不平衡；不平衡度；電力配網(wǎng)；有源功率平衡裝置

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越突出，在低壓三相三線或者三相四線供配電網(wǎng)，存在著嚴(yán)重的電能質(zhì)量問(wèn)題：三相功率不平衡、無(wú)功問(wèn)題，這些電能質(zhì)量問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響了電力配網(wǎng)系統(tǒng)供電的可靠性以及用電安全。低壓配電網(wǎng)存在的三相功率不平衡問(wèn)題，將導(dǎo)致變壓器出力不足，線損增大，變壓器損耗增大，甚至變壓器燒毀；無(wú)功問(wèn)題導(dǎo)致無(wú)功消耗大，功率因數(shù)低，線損率高；有源功率平衡裝置針對(duì)電力配網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)三相功率平衡，對(duì)于三相四線制配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三相功率平衡的同時(shí)，消除零線電流，補(bǔ)償無(wú)功，提高功率因數(shù)，降低線路損耗。

一直以來(lái)，配電網(wǎng)中解決三相不平衡問(wèn)題主要依靠人為經(jīng)驗(yàn)。工作人員通過(guò)觀測(cè)臺(tái)區(qū)變壓器出線端三相電流大小來(lái)判斷不平衡電流，然而中性線電流往往被忽視，造成較大的電能損失。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能的要求以及人民群眾對(duì)用電可靠性的要求不斷提高，需要對(duì)電力配網(wǎng)中存在的三相功率不平衡問(wèn)題進(jìn)行更加深入的分析，同時(shí)采用先進(jìn)的技術(shù)手段，盡可能減少人為參與因素，解決三相功率不平衡問(wèn)題。

2 理論分析和仿真

由于配電網(wǎng)中功率的不平衡是由負(fù)載電流中的負(fù)序分量和零序分量疊加在正序分量上造成的。為了使功率平衡，就要把這些不平衡分量從總電流中提取出來(lái)。首先利用對(duì)稱分量法，將測(cè)量的三相負(fù)載電流由相分量變換為序分量，得到需要補(bǔ)償?shù)呢?fù)序分量電流和零序分量電流的值。

有源功率平衡裝置，采用先進(jìn)的電力電子技術(shù)，通過(guò)智能化控制方式，自動(dòng)平衡三相功率（包括平衡有功功率及無(wú)功功率），同時(shí)消除中性線的基波電流以及零序諧波電流，從而解決電力配網(wǎng)的三相不平衡問(wèn)題，無(wú)功消耗大功率因數(shù)低問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)降低線路損耗、提高輸電能力、提高電網(wǎng)的可靠性。在實(shí)施上，主要是通過(guò)在臺(tái)區(qū)變壓器低壓配電網(wǎng)配電線路上安裝有源功率平衡裝置，優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)三相功率平衡、補(bǔ)償無(wú)功，提高功率因數(shù)，消除零線電流，起到降低線路損耗以及提高配電網(wǎng)絡(luò)可靠性的目標(biāo)。

3 補(bǔ)償無(wú)功和不平衡

補(bǔ)償負(fù)載無(wú)功電流時(shí)的等效電路圖如圖1所示。圖中下標(biāo)p和q分別表示有功分量與無(wú)功分量。

通過(guò)仿真驗(yàn)證補(bǔ)償無(wú)功以及三相電流不平衡補(bǔ)償：

負(fù)荷使用單相電阻負(fù)荷，0.1s負(fù)荷開(kāi)始運(yùn)行，0.2s有源功率平衡裝置開(kāi)始工作，

0.2～0.3s補(bǔ)償負(fù)序電流，0.3s開(kāi)始負(fù)序、零序全補(bǔ)償。

通過(guò)以上仿真，在投入有源功率平衡裝置之前，負(fù)載三相電流不平衡，三相電流相位不再呈現(xiàn)互差120°，而且N線電流大，有源功率平衡裝置投入運(yùn)行以后，三相電流平衡，而且三相電流相位互差120°，消除了N線電流，有效實(shí)現(xiàn)了電力配網(wǎng)三相不平衡問(wèn)題。

4 應(yīng)用案例

某供電公司低壓配電臺(tái)區(qū)，臺(tái)區(qū)距變電站10KV線路長(zhǎng)度為2.2km，10KV主干線路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-35。該臺(tái)區(qū)配變?nèi)萘繛?00kVA，供電用戶總數(shù)188戶，低壓供電半徑800m，低壓主干線纜型號(hào)為L(zhǎng)GJ35-50。2013年度，臺(tái)區(qū)最大負(fù)荷時(shí)刻電流值分別為111A（A相）、150A（B相）、221A（C相）、91A（零相），存在嚴(yán)重的三相電流不平衡現(xiàn)象、較大N線電流，無(wú)功消耗導(dǎo)致功率因數(shù)為0.7～0.8。為解決該臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量問(wèn)題，以往需要每半個(gè)月去臺(tái)區(qū)測(cè)試并調(diào)配三相負(fù)荷，但由于農(nóng)村居民用電存在著較大的不確定性，通過(guò)調(diào)配負(fù)荷的方式難以解決三相不平衡問(wèn)題，另外電力配網(wǎng)N線電流（零序電流，導(dǎo)致N線電流增大，增加線損，給電力配網(wǎng)帶來(lái)了安全風(fēng)險(xiǎn)）目前還缺乏相應(yīng)的解決措施。

為徹底解決該臺(tái)區(qū)的三相電流不平衡、無(wú)功以及N線電流問(wèn)題，本次安裝了WSPB-50/0.4有源功率平衡裝置，該裝置安裝于臺(tái)區(qū)低壓配電柜旁電桿上，并聯(lián)接入配電線路。

設(shè)備投運(yùn)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示。

5 結(jié)論

通過(guò)仿真分析以及實(shí)際應(yīng)用案例，應(yīng)用有功功率平衡裝置，對(duì)于配網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題治理效果良好，三相不平衡度由60.6%降低到1.90%，功率因數(shù)由0.8185提高到0.953，治理效果明顯取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。