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)量問題越發(fā)突出。電力配網(wǎng)多為單相負(fù)荷，運行時間上的差異性以及負(fù)荷分布不均勻均會導(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題。該裝置不僅使不平衡度降低明顯，同時可消除零線電流，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)量問題越來越突出，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)量問題：三相功率不平衡、無功問題，這些電能質(zhì)量問題已經(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；無功問題導(dǎo)致無功消耗大，功率因數(shù)低，線損率高；有源功率平衡裝置針對電力配網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量問題進(jìn)行治理，實現(xiàn)三相功率平衡，對于三相四線制配電系統(tǒng)，實現(xiàn)三相功率平衡的同時，消除零線電流，補償無功，提高功率因數(shù)，降低線路損耗。

一直以來，配電網(wǎng)中解決三相不平衡問題主要依靠人為經(jīng)驗。工作人員通過觀測臺區(qū)變壓器出線端三相電流大小來判斷不平衡電流，然而中性線電流往往被忽視，造成較大的電能損失。隨著國家對節(jié)能的要求以及人民群眾對用電可靠性的要求不斷提高，需要對電力配網(wǎng)中存在的三相功率不平衡問題進(jìn)行更加深入的分析，同時采用先進(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。首先利用對稱分量法，將測量的三相負(fù)載電流由相分量變換為序分量，得到需要補償?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)，通過智能化控制方式，自動平衡三相功率（包括平衡有功功率及無功功率），同時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)的三相不平衡問題，無功消耗大功率因數(shù)低問題，同時實現(xiàn)降低線路損耗、提高輸電能力、提高電網(wǎng)的可靠性。在實施上，主要是通過在臺區(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、補償無功，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 補償無功和不平衡

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

通過仿真驗證補償無功以及三相電流不平衡補償：

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

0.2～0.3s補償負(fù)序電流，0.3s開始負(fù)序、零序全補償。

通過以上仿真，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，有效實現(xiàn)了電力配網(wǎng)三相不平衡問題。

4 應(yīng)用案例

某供電公司低壓配電臺區(qū)，臺區(qū)距變電站10KV線路長度為2.2km，10KV主干線路型號為LGJ-35。該臺區(qū)配變?nèi)萘繛?00kVA，供電用戶總數(shù)188戶，低壓供電半徑800m，低壓主干線纜型號為LGJ35-50。2013年度，臺區(qū)最大負(fù)荷時刻電流值分別為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，無功消耗導(dǎo)致功率因數(shù)為0.7～0.8。為解決該臺區(qū)電能質(zhì)量問題，以往需要每半個月去臺區(qū)測試并調(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，通過調(diào)配負(fù)荷的方式難以解決三相不平衡問題，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)帶來了安全風(fēng)險）目前還缺乏相應(yīng)的解決措施。

為徹底解決該臺區(qū)的三相電流不平衡、無功以及N線電流問題，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)備投運前后的數(shù)據(jù)對比如表1所示。

5 結(jié)論

通過仿真分析以及實際應(yīng)用案例，應(yīng)用有功功率平衡裝置，對于配網(wǎng)電能質(zhì)量問題治理效果良好，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效益和經(jīng)濟(jì)效益。