配网台区三相不平衡分析及治理方法探究

配网台区三相不平衡分析及治理方法探究

徐 博 、张 彪

国网安徽省电力有限公司金寨县供电公司，安徽 六安 237300

摘要：配电网作为电力系统的重要组成部分，是地区重要的基础设施，也是连接电源与用户之间的枢纽。配电网可以为地区经济社会发展和人民生活水平的提高提供优质的电力供应，与此同时，电能质量也制约企业发展和社会进步的速度。因此，配电网的供电可靠性不仅可以用来反映电力行业对国民经济电力需求的满足程度，而且已经成为衡量一个国家经济发展的标准之一。随着用电需求的急速增加，传统的接线模式已经无法调节单相负荷差异化增长带来的三相不平衡问题，导致配网台区终端的电能质量较差，达不到用户预期效果，对社会经济发展以及居民的日常生活带来严重的威胁和挑战。因此对典型配网台区的三相不平衡问题的产生原因进行分析，寻找更为高效的治理方式对于提升电网的供电水平以及改善终端的电能质量具有重要的意义。

关键词：配电台区；三相不平衡

引言

配变台区三相负荷不平衡对配变台区的影响主要包括四个方面：一是造成配电变压器和低压线路损耗增加；二是造成配变台区中重载相常出现“低电压”问题；三是造成配电变压器出力降低，电能转换效率下降；四是三相负荷不平衡运行造成零序电流增大，引起的涡流损耗使配电变压器运行温度升高，危及配电变压器安全与寿命。因此，台区三相负荷不平衡要引起供电企业足够的重视，加强配变台区三相负荷不平衡治理是解决配网“低电压”、促进电网节能降损的重要措施。本文梳理了目前配电网治理三相负荷不平衡的主要做法，介绍了低压负荷在线自动换相治理三相负荷不平衡的新构思，以此为我国配电网三相负荷不平衡治理提供参考和借鉴，进一步促进配变台区“低电压”治理和配网节能降损工作。

1低压台区三相不平衡成因分析

通过以上数据分析和现场调研，总结目前造成低压台区三相不平衡的主要原因包括以下几个方面:1)单相负荷用电差异大低压配网中单相用户类型复杂，大多为居民用电，用电习惯差距较大，有增容性和随机性强等特点。此类用户的用电设备大多数为照明电器、动力设备，或者照明、动力混合设备。一般这些用电设备的同时率较低，容易使台区三相负荷不平衡。2)临时性与季节性用电在农业生产时节，农村里的单相水泵应用极为广泛。这些设备位置分散，用电时段和时长都无法预测。很难对此类设备进行监测、调整。此类设备的容量越大，三相负荷不平衡程度越严重。3)低压电网结构不合理造成低压台区三相不平衡的客观原因除了主要受单相负荷用电特征因素影响之外，另一方面是由于目前低压电网三相四线制供电方式未能全覆盖，尤其是在农网地区，由于农网改造投资规模有限，在台区低压分支线路中单相两线线路占有一定比例，部分偏远地区存在单相供电线路较长、线径不等的现象。4)台区负荷管理不到位由于配变三相不平衡一直未纳入运行管理考核对象，因此长期以来基层运行单位对三相不平衡问题的分析与治理重视程度不足，低压用户接入与负荷管理粗放。针对台区三相不平衡问题缺乏足够的事前预防、事中控制、事后治理措施，导致大量长期存在的三相不平衡超标情况未能得到有效改善和缓解。

2配网台区三相不平衡分析及治理方法

2.1传统的SVG装置

SVG的工作原理是将自换相桥式电路借助电抗器并接入电网，通过检测负载侧电流，根据补偿功能需要，直接控制VSC交流侧输出电流，达到补偿目的。目前常用的三相三线SVG主要是直流侧为电容支撑的电压型SVG。对于我国低压配电网的三相四线制系统，由于三相三线SVG中不含零序通路，无法补偿不平衡负载电流，为了滤除所有有害电流(包括负载电流中的无功以及不平衡部分)，SVG的主电路结构也必须采用三相四线制形式。

2.2人工离线负荷调整

人工离线负荷调整是目前供电企业治理三相负荷不平衡采取的主要方法。它是指运行管理人员通过用电信息采集系统或对用户负荷进行实测，及时掌握配变台区三相负荷不平衡及负荷分布情况，然后制定用户负荷调整方案，采取停电的方式对配变台区中部分用户负荷进行调整，达到将低压线路各相上的负荷平衡分配的目的。该方法无需新增投资，操作实施方便。但由于用电负荷的随机性和不确定性，依靠人工无法根据实际负荷不平衡状况进行在线实时调整，只能在一定程度上降低配变台区三相负荷不平衡的严重程度。同时人工离线负荷调整不可避免地影响用户供电可靠性，且在一定程度上存在安全隐患。

2.3自动换相装置的节点配置

三相不平衡调节系统中，自动换相装置需要负荷连接的详细信息。本文所用到的数据资料包括:低压电网结构图(配电Gls系统中的低压沿布图)、低压台区配变及低压线路台账(配变、线路主要技术参数)、计量自动化配变负荷监测数据、低压用户报装容量、低压用户电量、用电性质和行业分类等。因缺少单相负荷用户的负荷特性数据，考虑三相不平衡治理效果、经济成本等目标通过优化算法进行配置节点的选择较为困难。考虑到换相主要集中在负荷最大和最小的相上，因此可选择负荷最大和最小的相上用户多、负荷大的节点配置自动换相装置。

2.4基于SVPWM算法的改进SVG装置

由于三相四桥臂SVG系统中三相电压矢量是相互独立的，从而组合得到16中不同的开关状态，传统的PWM算法具有较少的参考矢量，满足不了SVG系统的要求，因此本文将3D-SVPWM调制技术引入SVG装置。该算法具有控制效果好、实时性高、便于数字化实现的特点。配合FPGA的强大硬件逻辑实现能力，将其引入到级联SVG的模块化设计中，可以有效地改善SVG的动态实时性。本文采用的3D-SVPWM调制算法可以产生PWM控制信号。通过比较参考电压矢量各分量关系，确定指针函数值，进一步确定空间四面体位置与非零基准电压矢量占空比并换算为作用时间。在考虑死区影响的情况下，将调制波与载波比较产生PWM波。本方法不仅可以减少调制过程中的计算量，而且可以精准实现对于三相不平衡现象的治理。

2.5低压台区三相不平衡度的选择

根据GBT15543—2008《电能质量三相电压允许不平衡度》的规定，三相不平衡度指标采用了序分量给予定义。该定义不仅测量装置及计算复杂，而且三相不平衡度往往针对的是配变低压侧的三相电流，难以完全反映各电表箱的实际运行负荷情况。虽然有研究通过相电流与三相电流平均值之比可反映其不平衡度的大小，但并不能反映相位不对称。因此，通过增补中线电流来反映三相电流的相位信息，即采用三相和中线电流与三相的平均电流比值作为优化模型的不平衡度参数指标。

结语

目前国内配电网的接线模式比较单一，电力负荷具有随机性，而且大部分负荷为单相运行，因此导致某些供电区域出现较为严重的三相不平衡现象，严重影响电网的供电可靠性以及供电水平。因此如何抑制三相不平衡现象，减少由于三相不平衡带来的威胁，对于电网的稳定运行与可靠发展具有重要的意义。本文提出一种基于SVPWM算法的SVG装置，可有效的调节三相不平衡情况，对电网的稳定发展具有重要意义。

参考文献

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