低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置研制

陶然兵，周 慧，李莉萍，范怡琛，孫楷淇，楊勁松

（1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司界首市供電公司，安徽 界首 236500；2.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 232001）

0 引 言

目前，低壓配電網(wǎng)管理主要存在3方面問(wèn)題。第一，當(dāng)用戶(hù)的單相用電量大幅度提高時(shí)，供電系統(tǒng)三相負(fù)載不平衡的問(wèn)題比較嚴(yán)重。此時(shí)，通常依靠人員手動(dòng)測(cè)量并停電調(diào)節(jié)。這種方式增加了工作人員的工作量和安全風(fēng)險(xiǎn)，造成負(fù)荷平衡工作被動(dòng)落后，無(wú)法適應(yīng)目前四分管理工作的要求。第二，低壓配電網(wǎng)低壓動(dòng)力用戶(hù)因用電負(fù)荷較大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程費(fèi)控操作，產(chǎn)生了電費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)。第三，大量分布式光伏電站接入低壓配電網(wǎng)難免會(huì)各類(lèi)異常故障，且基層工作人員存在不會(huì)分析和處理故障的情形，造成低壓配電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定，并引入了新的安全風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。

1 技術(shù)路線(xiàn)和有益效果

1.1 技術(shù)路線(xiàn)

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和各種不足，提供一種低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制以及調(diào)配終端設(shè)備的運(yùn)行工況。該裝置包括云服務(wù)器、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端以及終端設(shè)備。終端設(shè)備包括控制電路板和有源補(bǔ)償模塊。有源補(bǔ)償模塊包括三相供電電路、電流檢測(cè)模塊、第一電流互感器、IGBT、并聯(lián)連接的第一電容和第二電容、與IGBT相連接的IGBT驅(qū)動(dòng)模塊、DSP處理器、采樣電路板以及接在三相供電電路中且連接在電流檢測(cè)模塊和第一電流互感器之間的濾波電路板。電流檢測(cè)模塊包括與三相供電電路各相電路相連接的電流檢測(cè)電路，每個(gè)電路檢測(cè)電路都包括串聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)、第二電流互感器以及第三電容。第一電容、第二電容、第三電容的另一端都接零線(xiàn)。濾波電路板與采樣電路板相連接，IGBT驅(qū)動(dòng)模塊和DSP處理器都與采樣電路板相連接，采樣電路板和控制電路板相連接，控制電路板和云服務(wù)器相連接。

1.2 有益效果

低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置具有有益效果：遠(yuǎn)程監(jiān)控終端和終端設(shè)備通過(guò)云服務(wù)器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連接；終端設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器，云服務(wù)器完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；遠(yuǎn)程監(jiān)控終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)和獲取云服務(wù)器，并對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和控制等，促使終端設(shè)備處于較好的供電平衡狀態(tài)。

2 具體實(shí)施方式

圖1為低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置圖，圖2為低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置具體電路圖。其中，三相供電電路5供電過(guò)程中，通過(guò)電流檢測(cè)模塊中的第二電流互感器16檢測(cè)三相供電電路5的各相電路的電流值，并通過(guò)采樣電路板12和控制電路板4將數(shù)據(jù)上傳給云服務(wù)器1。遠(yuǎn)程監(jiān)控終端2通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)云服務(wù)器1獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)而分析處理后判斷三相供電電路5是否處于不平衡狀態(tài)。當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控終端2判斷三相供電電路5處于不平衡狀態(tài)時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端2向終端設(shè)備3發(fā)送調(diào)節(jié)指令，調(diào)節(jié)指令包括三相供電電路5達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)各相電路所需轉(zhuǎn)換的電流值。終端設(shè)備3中的控制電路板4接收指令后向IGBT驅(qū)動(dòng)模塊10發(fā)送指令，從而驅(qū)動(dòng)IGBT 7動(dòng)作，從三相供電電路5中吸收能量并控制三相供電電路5中各相電路間電流的互相轉(zhuǎn)化，使三相供電電路5的各相電路重新分配，以達(dá)到平衡狀態(tài)。因此，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端2和終端設(shè)備3通過(guò)云服務(wù)器1和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連接。終端設(shè)備3將數(shù)據(jù)傳輸至云服務(wù)器1，云服務(wù)器1完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端2通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)云服務(wù)器1，進(jìn)而獲取云服務(wù)器1，并對(duì)終端設(shè)備3進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、控制等，使得終端設(shè)備3處于較好的供電平衡狀態(tài)。此外，終端設(shè)備3中的有源補(bǔ)償模塊還包括連接在三相供電電路5中且連接在電流檢測(cè)模塊和第一電流互感器6之間的濾波電路板14。所述濾波電路板14與采樣電路板12相連接，有效避免了IGBT 7產(chǎn)生電磁干擾。

圖1 低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置

圖2 低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)平衡調(diào)節(jié)裝置具體電路圖

本技術(shù)裝置先進(jìn)，可提高用戶(hù)電壓質(zhì)量，減小配電變壓器損耗，降低線(xiàn)路網(wǎng)損，改善功率因數(shù)，提高線(xiàn)路輸電能力和電網(wǎng)的可靠性，從而有效提升配電供電能力和供電可靠性，實(shí)現(xiàn)供電技術(shù)的最優(yōu)化管理。另外，有源補(bǔ)償模塊造價(jià)低、運(yùn)行穩(wěn)定，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景，為各行業(yè)工作中存在的低壓三相不平衡問(wèn)題提供了投資少、效益高、便于管理、安全可靠的新途徑，將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 應(yīng)對(duì)三相負(fù)載不平衡的自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償方案

針對(duì)配電網(wǎng)低壓工區(qū)三相負(fù)載不平衡的現(xiàn)象，國(guó)家電網(wǎng)公司下屬供電公司和農(nóng)網(wǎng)公司均采用不定期人工切換三相負(fù)載，以保證在一定時(shí)間內(nèi)三相負(fù)載趨于平衡。人工調(diào)節(jié)無(wú)法滿(mǎn)足電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速的要求，且加大了線(xiàn)損，造成了能源損失。國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司界首市供電公司開(kāi)展群眾性創(chuàng)新項(xiàng)目，研制低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)的平衡裝置，并應(yīng)用電容補(bǔ)償和電感自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償以達(dá)到三相負(fù)荷平衡，同時(shí)研制配套的智能換相開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)低壓配電系統(tǒng)的三相不平衡問(wèn)題。通過(guò)三相智能換相開(kāi)關(guān)系統(tǒng)實(shí)時(shí)、不停電地調(diào)整單相負(fù)荷，使臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷處于相對(duì)平衡的狀態(tài)，有效降低了變壓器損耗、線(xiàn)路損耗、抑制單相過(guò)流及末端低壓等情況。

4 低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡裝置整體系統(tǒng)功能及優(yōu)勢(shì)

采用智能換相開(kāi)關(guān)以達(dá)到負(fù)載自動(dòng)平衡，系統(tǒng)具有4大功能。第一，自動(dòng)平衡三相負(fù)載。實(shí)時(shí)監(jiān)控三相不平衡度，并根據(jù)不平衡度自動(dòng)調(diào)節(jié)三相負(fù)載，調(diào)節(jié)時(shí)間≤10 ms，不中斷用戶(hù)供電，不復(fù)位、重啟及損壞常用電器。第二，降低變壓器損耗。保持變壓器相對(duì)平衡的運(yùn)行狀態(tài)，有效降低變壓器的鐵損和銅損。第三，解決低壓、過(guò)壓?jiǎn)栴}。解決三相不平衡導(dǎo)致的低壓、過(guò)壓?jiǎn)栴}，避免過(guò)壓燒壞用電設(shè)備或低壓影響用電設(shè)備的正常運(yùn)行。第四，保護(hù)低壓配網(wǎng)安全運(yùn)行。避免中性線(xiàn)電流長(zhǎng)期過(guò)大導(dǎo)致的發(fā)熱和老化損壞，解除變壓器等配電設(shè)備燒損的隱患。

系統(tǒng)具有4方面優(yōu)勢(shì)。第一，免維護(hù)、管理。系統(tǒng)投運(yùn)后無(wú)需專(zhuān)人維護(hù)和管理，節(jié)省了人力物力，提高了效率。第二，自動(dòng)換相，不中斷用戶(hù)供電。無(wú)需人工參與，換相時(shí)間較短。第三，可靠的相間防短路技術(shù)。硬件閉鎖技術(shù)，防止多個(gè)相序同時(shí)接通；云服務(wù)器運(yùn)行多重軟件算法，智能預(yù)防相間短路。第四，開(kāi)關(guān)元件不耗電，裝置功耗較小。采用永磁繼電器機(jī)構(gòu)無(wú)壓運(yùn)行，裝置運(yùn)行功耗≤8 W。

5 結(jié) 論

我國(guó)城鄉(xiāng)農(nóng)網(wǎng)0.4 kV低壓配電網(wǎng)采用三相四線(xiàn)制，普遍存在三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題，造成線(xiàn)損普遍偏高的情況，嚴(yán)重影響我國(guó)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著電力需求的增多和人民生活水平的提高，三相不平衡問(wèn)題亟待解決。本文介紹的低壓配電網(wǎng)負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和配套三相負(fù)荷智能開(kāi)關(guān)，可有效調(diào)節(jié)三相不平衡負(fù)荷，降低線(xiàn)路損耗，提高供電質(zhì)量，符合我國(guó)倡導(dǎo)的節(jié)能減排政策，是值得研究和推廣的降損節(jié)能技術(shù)項(xiàng)目。