三相有功功率平衡裝置在臺區低電壓治理中的應用

段緒金++萬代++齊飛++周恒逸++趙邈

摘 要：針對單相大功率電器大量接入，負荷特性差異、用電不同時、負荷波動等因素導致的配變三相不平問題，引入了一種基于SVG的配電臺區三相負荷不平衡治理方法，介紹了該方法基本原理以及現場實現。以具體低電壓臺區為例，通過分析對比治理前后效果，驗證了方法的有效性。

關鍵詞：配電網；三相有功功率平衡裝置；三相不平衡；低電壓

中圖分類號：TM73 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0149-02

Abstract： With the wide range application of single-phase high power electric， combined with the load characteristic difference， electricity asynchronization， load fluctuations and other factors，load balancing problems have became increasingly prominent.For the problem ，a control method of three-phase unbalanced load is proposed.This paper introduces the basic principle of the method and implementation on site.With specific low voltage area as an example， through analysis contrast before and after the governance effect， verify the validity of the method.

Keywords： Distribution network； Three phase active power balance device； three-phase unbalanced load； low voltage

引言

隨著經濟發展，農村地區用電負荷激增，單相大功率電器廣泛應用。負荷在各相分配難以絕對平衡，且受負荷特性差異大、用電不同時、負荷波動等因素影響，農村配電變壓器三相電流不平衡現象廣泛存在，且此類不平衡問題不具規律性。不平衡會導致中性點電壓漂移，致使負載輕的相電壓升高[1]，而重負載相電壓降低，線路末端容易出現低電壓，嚴重時甚至引發一相、兩相出口低電壓[2]，根據某供電公司的不完全統計，三相不平衡導致的低電壓臺區超過7%。由此可見，解決三相不平衡下的低電壓問題對于緩解廣大農村地區的低電壓問題具有巨大的潛力。

治理三相不平衡傳統的方法是進行負荷的合理分接和調整[3]，但人工調節要停電進行，工作量大且效果不佳。目前，已有電容型或換相開關型三相負荷自動調節裝置[4]，提高了治理效果和效率。本文介紹一種基于SVG的三相有功功率平衡裝置，自動將配變三相不平衡負荷補償為三相平衡負荷，消除中性點電壓偏移，從而達到電源側負荷平衡的目的。

1 三相有功功率平衡裝置原理

該三相有功功率平衡裝置工作原理如圖1所示。其主要是利用SVG可控換流器原理，通過CT實時檢測電流信息，然后將采集到的信息發給DSP數字控制處理器分析，之后通過適當地控制各電力電子開關（IGBT）導通和關斷的狀態，實現交流側輸出電流的相位和幅值的調節，從而達到系統三相不平衡電流轉移、均勻分配的功能。

裝置電路拓圖見圖2。結合圖2，定義負荷產生的電流為iL，供電系統提供的電流為iS，而有源不平衡治理裝置產生的電流為iC，根據基爾霍夫電流定律有iS=iL+iC，而負荷電流中分別含有平衡電流分量iL1，和不平衡電流分量iL2，即iL=iL1+iL2。

為了治理系統的不平衡電流，由于有功功率平衡裝置為可控的電流源，因此可以控制iC=-iL2，則iS=iL1，即不平衡電流全部被補償，只有平衡的電流注入電網，從而有效的治理了不平衡問題。由于有功功率平衡裝置輸出的電流是完全可控，因此裝置可以較好地解決不平衡負荷導致的不平衡問題。

2 實際應用

某農村典型配電臺區，配電變壓器型號為S9-50/10，低壓出線兩回，線路導線型號為LGJ-95，供電半徑約750m，配變最大負載率為71%，2016年共發生出口低電壓145次，累計時長為463.5小時，最低電壓為166V（C相）。

分析發現，配變總體負載率不高，供電半徑稍大，低壓主干線滿足技術導則要求，但C相負荷大于A、B相，2016年三相最大不平衡度達到90%，現場多次人工調節負荷，但效果不佳。在負荷高峰期C相單相負載率在75%以上，B、C相臺區出口即出現低電壓，低電壓原因為三相負荷不平衡造成中性點偏移、特別是C相整體電壓偏低。

2017年1月17日，在臺區出口處安裝一套三相有功功率平衡裝置。1月16日與18日臺區電壓曲線圖見圖3、圖4。1月16日C相出現3次低電壓，累計時長達到6小時，最低電壓值為183.5V。安裝后三相功率接近平衡，A、B、C相電壓隨時間變化曲線基本重合。

安裝前、后連續16天臺區三相總功率及最低電壓值如表1所示。盡管安裝后2017年春節高峰負荷來臨，配變變壓器負載率達到100.6%（2月1日），負荷最大為安裝前的2.4倍（較1月4日），但因為配變三相基本平衡，未出現單相過載導致的中性點電壓偏移，三相出口電壓均在205V以上，安裝后臺區低電壓問題完全消除。

3 結束語

目前配電網中大功率單相負載大量投入，導致配變三相負荷不平衡日漸嚴重，本文引入了一基于SVG的三相有功功率平衡裝置，能將配變三相不平衡負荷補償為三相平衡負荷，消除中性點電壓偏移，有效解決了配變三相不平衡導致的低電壓問題，此產品可以在農網等電網建設薄弱的地區普及推廣。

參考文獻：

[1]杜瑞桂.農網低電壓綜合治理[D].保定：華北電力大學，2012.

[2]周虎，陳佳黎，鮮龍，等.電網三相不平衡下農網低電壓治理的研究[J].電網與清潔能源，2015，11（31）.

[3]儲婷，丁哲，吳善，等.配電網三相不平衡治理綜述[J].電工電氣，2016（3）.

[4]方恒福，盛萬興，王金麗，等.配電臺區三相負荷不平衡實時在線治理方法研究[J].中國電機工程學報，2015（09）.