基于配電線路末端分布式補償的三相不平衡調節裝置

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

隨著電子技術的發展，有源補償技術得到了很好的應用，采用有源補償方法是在配電變壓器0.4kV側安裝補償裝置[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]，現有的有源補償技術沒有從根本上解決三相不平衡的問題，很多臺區供電網絡仍運行在嚴重的不平衡狀態，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。

本文設計研究了一種配電線路末端分布式補償的三相不平衡調節裝置，采用一體化結構設計，電力電子變流技術，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化補償控制，使整個臺區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的三相不平衡調節系統

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節，補償裝置實時監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、功率因數以及電流諧波畸變率。根據計算的電能質量參數、線路的實際運行狀況，以及外部環境溫度進行協調控制和決策，優先確定不平衡調節容量，功率盈余情況下兼補無功功率。系統結構如圖1所示。

圖1 分布式補償的三相不平衡調節系統結構圖

2 分布式三相不平衡調節裝置

負荷近端就地安裝的三相不平衡調節裝置采用高功率密度三電平變流器，結構緊湊，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，功率大小根據實際情況設計為20kW，能夠滿足調節需求，體積300mm×200mm×120mm，便于現場就地安裝。

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，能夠對線路末端分支節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，通過內部DSP計算出達到平衡狀態時各相需要轉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開關動作，控制變流器進行各相電流轉移，并產生和負載諧波電流大小相等、方向相反的電流注入到電網中，使負荷上端達到三相平衡。

圖2 分布式三相不平衡調節裝置原理結構

3 裝置試驗

根據上述設計完成了裝置樣機制作并進行實驗測試。對單臺補償設備進行了物理驗證，設備容量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。對系統進行仿真實驗，在圖1結構的配電系統末端1、2、3負荷分支處分別接入分布式三相不平衡調節裝置，分別加入不平衡負荷及無功負荷，調節后的電流波形能夠達到平衡狀態，見圖4所示。

圖3 單臺裝置調節前后波形

圖4 多臺裝置接入系統前后調節的電流波形

綜上，本文設計的基于配電線路末端分布式補償的三相不平衡調節裝置，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。