基于综合补偿的配网三相不平衡优化方法研究

基于综合补偿的配网三相不平衡优化方法研究

谢灼堂

（广东电网有限责任公司云浮供电局广东云浮527300）

摘要：电力在我国经济发展中发挥了重要的作用，有力的支持了各地区的经济建设，随着社会不断发展进步，对于电力的需求越来越大，对于电力系统的要求也越来越高。如果电力系统出现问题，不仅会影响各项用电设备的正常运行，还会对地区的经济发展造成不良影响。而配网三相功率不平衡问题是影响电力系统正常运行的主要因素之一，鉴于此，必须要针对此问题采取相关的优化措施，保证电力系统以及用电设备的正常运行。本文主要基于无功补偿原理，并结合笔者的实践经验，提出几项配网三相功率不平衡的优化措施，以期为这一问题的解决贡献一点绵薄之力。

关键词：三相不平衡；危害；优化措施；无功补偿

长期以来，配网三相功率不平衡一直是影响电力系统稳定运行的重要因素，不仅影响了电网运行的社会效益，同时也影响了电力企业的经济收益。当前，随着用电量需求的增加以及各种电子技术的诞生，电力系统的负荷结构发生了极大的变化，使得配网三相功率不平衡的问题愈加突出。有鉴于此，对于配网三相功率不平衡问题优化策略的研究就极为重要，只有不断深入的研究，才能使此问题得到有效的解决。

一、配网三相功率不平衡的计算

就目前关于配网三相功率不平衡计算的研究现状来看，在计算过程中需要进行相当复杂的测量以及分析工作，包括电力系统所吸收的和释放的功率都要进行严谨的分析。目前配网三相功率不平衡的计算方式主要是基于有功无功补偿理论来进行，具体主要分为以下两种计算模式：

1.有功三相功率不平衡计算，其中PU、PV、PW分别代表U、V、W三相的有功功率，PAV表示有功三相功率的平均值，具体公式如下：

ε（P）=max[PUPVPW]-PAV/PAV*100%

PAV=（PU+PV+PW）/3

2.无功三相功率不平衡计算，其中OU、OV、OW分别代表U、V、W三相的无功功率，OAV表示无功三相功率的平均值，具体公式如下：

ε（O）=max[OUOVOW]W-OAV/OAV*100%

OAV=（OU+OV+OW）/3

对于三相功率不平衡的相关计算工作而言，在实际开展过程当中还需要从多种角度进行考量，完全参照既定公式进行，忽视实际情况，往往会造成一定的疏漏，从而使得计算工作产生偏差。此外，在计算工作的过程中还需要根据实际情况将负荷的功率考虑在内，从而对综合补偿优化过程进行更深层次的把握。

二、配网三相不平衡所造成的危害

配网三相的理想化运行模式是三相电压和电流的幅值处于相同水平，相位差在120°，然而在实际运行过程中往往会由于各种因素的影响出现一定的误差，导致配网三相不平衡运行，从而造成一些危害，下面进行具体阐述。

1.造成配电变压器及电力线路的损坏

当发生三相功率不平衡的问题时，负载会超出配电变压器的额定负载容量，从而造成配电变压器超负荷工作，会导致配电变压器产生高温，损坏内部元件，严重时甚至会导致整个配电变压器损毁。此外，当配网三相功率不平衡运行时，零线通过的电流会变大，超过零线额定电流，导致零线温度上升，当电流达到一定程度时，会导致零线烧毁，影响电力系统的正常运行，同时可能会造成一些用电设备损坏。

2.降低配网容量利用率，增加线损率

当配网三相功率不平衡运行时，负载最大的一相会达到额定容量，甚至超出额定容量，导致配电变压器满负荷甚至超负荷运行，而其余两相没有达到额定容量，这就会使得配网容量的利用率下降[1]。此外，配网三相功率不平衡运行时，线路中出现负序电流和零序电流，这会导致配电变压器的铜耗和铁耗上升，零线中由于存在阻抗，会使得零线出现损坏的情况。

3.降低电动机的运行效率

在配网三相功率不平衡运行时，配电变压器在运行过程中会导致三相电压不平衡，电力系统受这种不平衡电压的影响，会致使电压产生三个分量。电动机如果在这种电压下运行，负序电压以及正序电压的下降会形成一个相反的旋转力场，这对于电动机的运行会产生制动的作用，从而导致电动机的实际运行效率降低，不仅无法获得预期的运行的效果，同时还会影响电动机运行的安全性。

4.使保护元件产生误动作

当配网三相功率不平衡运行时，单相超载荷不仅会使变压器超载和运行，甚至损坏，还会导致相关线路损毁，配网三相功率不平衡运行导致线路中产生的零序电流和负序电流，会使保护元件中以零序电流和负序电流作为启动条件的产生误动作[2]。此外，零序电流会导致零线上出现压降，该电压会转移至三相端，造成三相电压不平衡，重载相的电压会降低，轻载相电压会增高，会造成电网线路和相关设备出现绝缘击穿的现象，严重时会引发用电安全事故，威胁人们的人身安全。

三、基于综合补偿的配网三相不平衡优化措施

1.采用永磁补偿开关

在进行配网三相功率不平衡优化时，为了达到更好的优化效果，降低配网三相功率不平衡运行所造的危害，要加强新型设备的使用，在设备方面控制配网三相功率不平衡运行造成的损失。将永磁补偿开关应用至配网硬件系统中，可以使配网硬件系统获得最大化的保障，在硬件设备层面可以有效抵抗配网三相功率不平衡运行造成的影响。相较于普通开关而言有着独特的优势，首先，永磁补偿开关使用寿命长，在换相开关的操作过程中，经得起高频率的操作，可以有效保证换相开关操作方面的要求；其次，永磁补偿开关在速度以及离散性方面要优于普通开关，可以极大的满足换相开关在这方面的要求。此外，在永磁补偿开关的安装过程中，建议工作人员使用低压永磁的操作方式。低压永磁补偿开关的使用，可以使得电力系统的硬件部分得到有效的保障，可以极大的提升硬件部分运行的可靠性。

2.无功补偿优化措施

配网三相功率不平衡优化综合补偿过程中，无功补偿优化措施是一项重要的手段，对于整体的优化工作可以起到较大的帮助，从而取得良好的优化效果。无功补偿的基本原理利用的是Steinmetz理论，即将一个理想补偿网络与负载相并联就可以把任何不平衡的、线性的、不接地三相负载变成一个平衡的三相有功负载，而不会改变电源和负载间的有功功率交换。如此，就可以使平衡补偿的部分产生对应，从而使无功发生器变为两部分，其一是只产生正序电流的三相平衡电钠，用以满足负载需要的一些无功电流，其二是只负责产生负序电流的三相不平衡电钠，主要是用以抵消掉不对称的负载所产生的一些负序电流[3]。

3.实施换相策略

在配网三相不平衡优化过程中，换相策略是一项重要的优化策略，可以为诸多具体的优化工作提供更加可靠的依据[4]。在进行换相工作时，首先要综合考量动作值所产生的一些影响，以此判断和分析当前的优化工作是否需要进行换相操作。在进行具体的换相操作过程中必须进行严谨的实验，一切操作都应以实际实验结果为准，不能想当然的进行相关操作，对于最大负荷相和最轻负荷相判定都要进行详细的计算和分析，对于负荷动作要有准确的判断。

4.综合优化措施

在进行综合补偿的配网三相不平衡优化工作时，除了上述几项策略以外，还可以采用综合优化的措施来达到优化目的。譬如将有功补偿优化措施和无功补偿优化措施相结合，从而对优化工作提供更有效的指导。主要是通过数据状态信息采集及综合控制分析，包括配套设备来共同实施，如下图所示，从图中可以看出配套设备的良好应用可

对配网三相不平衡优化提供较多的依据和指导，并且在无功补偿、有功补偿的实施过程中不会出现过大的偏差现象。综合控制分析单元的应用能够对电容器组的投切，开展电压的有效调整工作，同时在相关的模块控制上会努力保持在合格的状态。

无功补偿优化和有功补偿优化结合的治理结构图

结语

综上所述，配网三相功率不平衡运行会造成极大的危害，因此，实施相关的优化措施是极有必要的。综合补偿的方法其优势在于可以为配网三相不平衡优化工作提供更为全面的指导，可以兼顾经济效益和社会效益。在开展综合补偿的配网三相不平衡优化工作时，要根据各个配电网的实际情况和特点，采取适合的优化策略，尽可能在取得良好的优化效果的同时减少资金投入，争取以最小的代价获得最大的优化效果。随着技术的不断成熟和进步，未来必然会有更加完善的优化技术和方案，甚至会让配网三相不平衡问题得到彻底解决。

参考文献：

[1]钟榜，程汉湘，李勇.配电网三相不平衡补偿优化措施的可行性[J].电工材料，2016（6）：32-36.

[2]缪伟，任思源，庞英俊，等.基于配电网三相不平衡问题的多目标优化调节策略研究[J].智能电网，2017，5（1）：69-74.

[3]佚名.低压配电网三相不平衡下的DSTATCOM优化控制[J].北华大学学报（自然科学版），2018，v.19（04）：130-135.

[4]陆惠斌，徐勇，伍宇翔，等.基于换相技术的三相不平衡治理装置研究[J].电力电容器与无功补偿，2016，37（6）：64-69.