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

國網(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)象比較嚴重，最常見的方法是通過智能快速換相開關(guān)技術(shù)解決線路三相不平衡問題，較粗略的使整個臺區(qū)運行于三相平衡狀態(tài)[1]。但負荷調(diào)整不準確，不能實時調(diào)整，時間間隔較長，易出現(xiàn)故障，存在安全隱患，安裝時工程量很大。

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

本文設(shè)計研究了一種配電線路末端分布式補償?shù)娜嗖黄胶庹{(diào)節(jié)裝置，采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，電力電子變流技術(shù)，安裝在線路負荷末端的負荷分支處，實時檢測三相負荷的平衡狀況，對三相負荷進行同步優(yōu)化補償控制，使整個臺區(qū)到負荷線路電流平衡，降低線路及中線損耗。

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

在線路最末端每個負荷分支處安裝分布式補償裝置，進行就地三相不平衡調(diào)節(jié)，補償裝置實時監(jiān)測用戶負荷的三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、以及各次諧波電流，計算三相不平衡度、功率因數(shù)以及電流諧波畸變率。根據(jù)計算的電能質(zhì)量參數(shù)、線路的實際運行狀況，以及外部環(huán)境溫度進行協(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無功功率。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式補償?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，考慮主要用于負荷末端不平衡補償，補償容量為最大負荷電流與平均電流差即可，功率大小根據(jù)實際情況設(shè)計為20kW，能夠滿足調(diào)節(jié)需求，體積300mm×200mm×120mm，便于現(xiàn)場就地安裝。

裝置由三電平變流器、控制電路及LC濾波電路組成，原理見圖2所示，能夠?qū)€路末端分支節(jié)點處負荷三相不平衡、無功電壓進行治理。裝置實時檢測負載電流并判斷是否處于平衡狀態(tài)，通過內(nèi)部DSP計算出達到平衡狀態(tài)時各相需要轉(zhuǎn)移的電流并提取出負載電流的諧波分量，以PWM輸出信號控制IGBT開關(guān)動作，控制變流器進行各相電流轉(zhuǎn)移，并產(chǎn)生和負載諧波電流大小相等、方向相反的電流注入到電網(wǎng)中，使負荷上端達到三相平衡。

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

根據(jù)上述設(shè)計完成了裝置樣機制作并進行實驗測試。對單臺補償設(shè)備進行了物理驗證，設(shè)備容量20kW加入不平衡負載，使用泰克示波器MSO304、電壓探頭P6139B和電流鉗A621觀測電流波形，補償后三相電流基本平衡，效果見圖3所示。對系統(tǒng)進行仿真實驗，在圖1結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)末端1、2、3負荷分支處分別接入分布式三相不平衡調(diào)節(jié)裝置，分別加入不平衡負荷及無功負荷，調(diào)節(jié)后的電流波形能夠達到平衡狀態(tài)，見圖4所示。

圖3 單臺裝置調(diào)節(jié)前后波形

圖4 多臺裝置接入系統(tǒng)前后調(diào)節(jié)的電流波形

綜上，本文設(shè)計的基于配電線路末端分布式補償?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荷分支處，通過實驗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題。