基于配電線路末端分布式補(bǔ)償?shù)娜嗖黄胶庹{(diào)節(jié)裝置

國(guó)網(wǎng)黑龍江電力有限公司佳木斯供電公司 趙海清 譚啟福 姜 琳 孫立成 李 軍

目前配電線路末端三相不平衡現(xiàn)象比較嚴(yán)重，最常見(jiàn)的方法是通過(guò)智能快速換相開(kāi)關(guān)技術(shù)解決線路三相不平衡問(wèn)題，較粗略的使整個(gè)臺(tái)區(qū)運(yùn)行于三相平衡狀態(tài)[1]。但負(fù)荷調(diào)整不準(zhǔn)確，不能實(shí)時(shí)調(diào)整，時(shí)間間隔較長(zhǎng)，易出現(xiàn)故障，存在安全隱患，安裝時(shí)工程量很大。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，有源補(bǔ)償技術(shù)得到了很好的應(yīng)用，采用有源補(bǔ)償方法是在配電變壓器0.4kV側(cè)安裝補(bǔ)償裝置[2]，該方式在變壓器出口的三相電流能夠基本達(dá)到平衡，從安裝處到負(fù)荷端的線路仍然電流不平衡[3,4]，現(xiàn)有的有源補(bǔ)償技術(shù)沒(méi)有從根本上解決三相不平衡的問(wèn)題，很多臺(tái)區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)仍運(yùn)行在嚴(yán)重的不平衡狀態(tài)，不能解決供電線路的損耗、末端線路三相不平衡等問(wèn)題，同時(shí)自身?yè)p耗很大。

本文設(shè)計(jì)研究了一種配電線路末端分布式補(bǔ)償?shù)娜嗖黄胶庹{(diào)節(jié)裝置，采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電力電子變流技術(shù)，安裝在線路負(fù)荷末端的負(fù)荷分支處，實(shí)時(shí)檢測(cè)三相負(fù)荷的平衡狀況，對(duì)三相負(fù)荷進(jìn)行同步優(yōu)化補(bǔ)償控制，使整個(gè)臺(tái)區(qū)到負(fù)荷線路電流平衡，降低線路及中線損耗。

1 基于配電線路末端分布式補(bǔ)償?shù)娜嗖黄胶庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)

在線路最末端每個(gè)負(fù)荷分支處安裝分布式補(bǔ)償裝置，進(jìn)行就地三相不平衡調(diào)節(jié)，補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶負(fù)荷的三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、以及各次諧波電流，計(jì)算三相不平衡度、功率因數(shù)以及電流諧波畸變率。根據(jù)計(jì)算的電能質(zhì)量參數(shù)、線路的實(shí)際運(yùn)行狀況，以及外部環(huán)境溫度進(jìn)行協(xié)調(diào)控制和決策，優(yōu)先確定不平衡調(diào)節(jié)容量，功率盈余情況下兼補(bǔ)無(wú)功功率。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式補(bǔ)償?shù)娜嗖黄胶庹{(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 分布式三相不平衡調(diào)節(jié)裝置

負(fù)荷近端就地安裝的三相不平衡調(diào)節(jié)裝置采用高功率密度三電平變流器，結(jié)構(gòu)緊湊，考慮主要用于負(fù)荷末端不平衡補(bǔ)償，補(bǔ)償容量為最大負(fù)荷電流與平均電流差即可，功率大小根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)為20kW，能夠滿足調(diào)節(jié)需求，體積300mm×200mm×120mm，便于現(xiàn)場(chǎng)就地安裝。

裝置由三電平變流器、控制電路及LC濾波電路組成，原理見(jiàn)圖2所示，能夠?qū)€路末端分支節(jié)點(diǎn)處負(fù)荷三相不平衡、無(wú)功電壓進(jìn)行治理。裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流并判斷是否處于平衡狀態(tài)，通過(guò)內(nèi)部DSP計(jì)算出達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各相需要轉(zhuǎn)移的電流并提取出負(fù)載電流的諧波分量，以PWM輸出信號(hào)控制IGBT開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制變流器進(jìn)行各相電流轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生和負(fù)載諧波電流大小相等、方向相反的電流注入到電網(wǎng)中，使負(fù)荷上端達(dá)到三相平衡。

圖2 分布式三相不平衡調(diào)節(jié)裝置原理結(jié)構(gòu)

3 裝置試驗(yàn)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)完成了裝置樣機(jī)制作并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。對(duì)單臺(tái)補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行了物理驗(yàn)證，設(shè)備容量20kW加入不平衡負(fù)載，使用泰克示波器MSO304、電壓探頭P6139B和電流鉗A621觀測(cè)電流波形，補(bǔ)償后三相電流基本平衡，效果見(jiàn)圖3所示。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在圖1結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)末端1、2、3負(fù)荷分支處分別接入分布式三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，分別加入不平衡負(fù)荷及無(wú)功負(fù)荷，調(diào)節(jié)后的電流波形能夠達(dá)到平衡狀態(tài)，見(jiàn)圖4所示。

圖3 單臺(tái)裝置調(diào)節(jié)前后波形

圖4 多臺(tái)裝置接入系統(tǒng)前后調(diào)節(jié)的電流波形

綜上，本文設(shè)計(jì)的基于配電線路末端分布式補(bǔ)償?shù)娜嗖黄胶庹{(diào)節(jié)裝置，體積較小、可以安裝在配電線路末端的負(fù)荷分支處，通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明治理三相不平衡有很好的效果，可以從根本上解決三相不平衡的問(wèn)題。