隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對電能質(zhì)量要求越來越高，如何滿足用戶對電能質(zhì)量的需求，為用戶提供可選多樣的電能質(zhì)量和價格方案成為了當前國內(nèi)外智能電網(wǎng)建設的重要特征之一。在電力系統(tǒng)運行過程中，低壓配電網(wǎng)三相負荷不平衡不僅會增加線損率，而且會導致末端電壓過低，影響供電質(zhì)量。因此，對低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量進行綜合控制，并采取措施進行節(jié)能降耗，是電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和建設的必然趨勢。

【關鍵詞】智能選相開關 低壓配電網(wǎng) 負荷不平衡

目前國內(nèi)對于配電網(wǎng)節(jié)能降耗的研究，尤其是配變臺區(qū)的節(jié)能降耗的研究，仍然停留在獨立的、對某區(qū)域電網(wǎng)的離線線損計算、無功優(yōu)化控制，而且沒有考慮三相不平衡的治理。而當前配電網(wǎng)中現(xiàn)有的無功補償?shù)裙?jié)能設備和電能質(zhì)量治理裝置只是單點分布，既沒有數(shù)據(jù)的上傳采集平臺，也沒有設備的綜合控制平臺，設備的運行狀態(tài)、故障信息、節(jié)能效果和電能質(zhì)量治理效果等方面也無法得知。因此，隨著配電網(wǎng)的建設和發(fā)展亟需，非常有必要研究一種新型的面向配電網(wǎng)的基于三相不平衡治理綜合節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，逐步進行技術推廣，應用于配電網(wǎng)節(jié)能與提高電能質(zhì)量改造項目的實踐中。

1 案例介紹

金華金東區(qū)部分臺區(qū)下存在三相不平衡問題，且由于此影響會引起用戶側的低電壓問題投訴，針對此問題需要采用科技創(chuàng)新的技術來綜合整治，通過理論研究解決三相不平衡的問題，對治理低電壓問題有切實的幫助。從滿足電壓合格率和供電可靠率的角度出發(fā)，解決用戶側因三相不平衡所引起的一系列問題。本項目擬研究應用于配變臺區(qū)三相不平衡治理綜合節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，項目實施后的研究成果將明顯改善區(qū)域配電網(wǎng)電能質(zhì)量，有效降低配電網(wǎng)的電能損耗，達到節(jié)能的目的。

2 三相不平衡問題治理目標

2.1 有效解決配電網(wǎng)由于無功補償不足而造成的無功損耗問題

當前配電網(wǎng)所采取的降耗措施主要是電容補償，存在速度慢，不能動態(tài)平滑調(diào)節(jié)，容易造成欠補過補的問題，電網(wǎng)損耗問題依然嚴重。本項目的研究將有效解決該類問題，擬采用柔性動態(tài)無功功率調(diào)節(jié)設備，能夠實現(xiàn)平滑補償，補償效率高，補償度精準，最大程度上減小電網(wǎng)損耗。

2.2 解決現(xiàn)有的電容器補償裝置存在的安全隱患問題

配變網(wǎng)企業(yè)負荷和居民用電具有階段性，供電無功功率具有波動性。電容器是在企業(yè)與居民生產(chǎn)時投入，停產(chǎn)或休息時切除。電容器為固定補償，時而會造成系統(tǒng)過補、時而欠補，頻繁的投切電容器降低了電容器的使用壽命，并且在投切過程中容易出現(xiàn)電容器重燃的故障。頻繁的投切電容器還改變了系統(tǒng)的阻抗，容易使系統(tǒng)供電設備發(fā)生串、并聯(lián)諧振故障。另外，小型非線性電子式開關設備（變頻空調(diào)，節(jié)能燈具）的大量應用大大增加了配電網(wǎng)的諧波水平，諧波在電網(wǎng)流動，補償?shù)牟⒙?lián)電容器容易對諧波產(chǎn)生放大情況，嚴重時達到數(shù)十倍，很容易燒毀設備，造成事故。

本項目研究擬采用新型的智能化統(tǒng)一電能質(zhì)量綜合優(yōu)化裝置，實現(xiàn)無功功率柔性輸出，補償能力精準，響應速度快，利用電力電子開關器件調(diào)節(jié)功率，不依賴電網(wǎng)阻抗，不會對電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生影響，也不會造成諧振問題和諧波放大問題。

2.3 解決現(xiàn)有的節(jié)能設備諧波、三相不平衡等的問題

諧波污染和三相不平衡問題對電網(wǎng)和用戶設備造成嚴重的危害。但是，現(xiàn)有的節(jié)能設備不具備諧波污染治理的能力，傳統(tǒng)的電容器節(jié)能補償如果配置不當，將會造成諧波放大數(shù)10乃至數(shù)百倍，容易造成事故；SVC型的裝置本身更是一個諧波污染源，在節(jié)能的同時，造成新的電網(wǎng)污染。針對以上問題，本項目研究中擬采用最新的電網(wǎng)諧波污染治理技術，進行針對性的治理，有效減小因為電能質(zhì)量問題造成的損失。

2.4 提高配網(wǎng)設備自動化水平

配變臺區(qū)三相不平衡治理綜合節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)采用最新研究的成果，包含了電力電子功率變換技術、瞬時無功功率控制技術、網(wǎng)絡智能化技術以及無線通信技術，能夠對配電網(wǎng)進行離線與在線的智能化監(jiān)控管理，使配電網(wǎng)始終處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟、高效的最優(yōu)運行狀態(tài)，提高供電可靠性和供電質(zhì)量，降低運行維護費用，提高整個配電系統(tǒng)的管理水平和工作效率。

3 低壓配電網(wǎng)臺區(qū)負荷不平衡控制系統(tǒng)設計

低壓配電網(wǎng)臺區(qū)負荷不平衡控制系統(tǒng)主要由安裝在電纜分接箱的多臺智能選相開關和一臺安裝在臺區(qū)變壓器的智能配變控制終端構成。

低壓配電網(wǎng)臺區(qū)一般會利用一臺10kV/380V的變壓器進行供電，低壓側和多個電纜分接箱進行連接，每個電纜分接箱都設置了多路單相輸出和一路三相輸入。臺區(qū)中的低壓負荷分別連接電纜分接箱的出線側，為了提升智能化水平，可以將智能選項開關設置到電纜分接箱中，智能配變控制終端通過使用現(xiàn)代數(shù)字信號技術可以實現(xiàn)高智能化控制、無功補償控制、負荷不平衡控制、遠方系統(tǒng)通訊高集成等，可以利用電力載波對各個電纜分接箱開關狀態(tài)和各出線電流進行收集，檢測配電變壓器出線位置的電流和電壓，并根據(jù)不平衡調(diào)整策略對各出線選項開關換相明了進行判斷。

4 智能選項開關的安裝

通常情況下，智能選項開關安裝過程中，可以使用智能選項開關替換電纜分接箱中的低壓開關，進而實現(xiàn)電纜分接箱的改造。智能選項開關主要由接觸器（KM1、KM2、KM3）、控制電路SCU、二級管（V1、V2、V3）、電流互感器（TA）等模塊化結構組成。

智能選相開關工作時，首先按照優(yōu)化控制算法和負荷平衡原則進行計算，然后發(fā)出臺區(qū)各個選項開關的切換命令，并利用電力載通信模塊對下發(fā)的選相切換命令進行接收，然后利用電流互感器TA對負荷電流進檢測，從而判定系統(tǒng)狀態(tài)。控制電路SCU產(chǎn)生控制信號操作輔助繼電器和接觸器，結合二級管自然導通關斷特點，達到選項操作的目的。

智能選相開管一般使用接觸器、二極管、固態(tài)繼電器組成電力電子開關，閉合開關時二級管正向電壓超過0.7V以后就會自動導通，不需要發(fā)送附加的觸發(fā)信號，控制電路得到了簡化，與此同時也保證了設備穩(wěn)定運行，二級開關只在斷開和接通的一瞬間會工作，當關閉開關時，接觸器會承受電流，在開關打開時輔助繼電器會承受耐壓，產(chǎn)生的電量耗損非常小，不需要增設散熱電路。開關閉合切換時，二極管起著保護接觸器觸點和輔助繼電器觸點的作用，接觸器和輔助繼電器之間可以互相保護，可以達到無弧切換的目的，延長輔助繼電器和接觸器的使用年限，而且二極管的體積和成本優(yōu)勢也非常明顯。

5 應用效果

為了對基于智能選相開關低壓配電網(wǎng)臺區(qū)不平衡控制技術的可行性進行驗證，本文使用電氣結構的智能選相開關安裝到電纜分接箱中，如圖1所示。

在圖1中一共安裝了兩臺智能換相開關，每個開關的設計參數(shù)如下：三路單相220V輸出、一路三相380V輸入，設計各路輸出額定電流為200A，可以實現(xiàn)無弧頻繁切換，切換時間一般<20ms，可以達到普通低壓供電用戶的用電需求。在低壓供電環(huán)境下開展負荷不平衡控制試驗后，得出試驗波形見圖2。

從圖2可以看出，波形1代表智能換向開關的切換控制命令，波形2代表進行環(huán)向操作時產(chǎn)生的負荷電壓，根據(jù)試驗結果可以看出，換相切換操作在5ms內(nèi)就可以實現(xiàn)換相切換操作，在不影響供電的情況下，對三相負荷平衡性進行了調(diào)整，具有瞬時切換、損耗低、成本低等優(yōu)點，是一種解決低壓配電網(wǎng)負荷不平衡的有效措施。

6 結論

綜上所述，基于智能選項開關的低壓配電網(wǎng)臺區(qū)負荷不平衡控制技術對三相負荷不平衡問題進行調(diào)整切換速度非?？欤铱刂齐娐繁容^簡單，達到了無弧切換的目的，有效延長了輔助繼電器和接觸器的使用年限，保證了設備的可靠性，可以結合用戶的具體需求設置多個優(yōu)化控制目標，可以從網(wǎng)絡拓撲結構上對相間負荷分配進行調(diào)整，具有較高的應用價值。

（通訊作者：葉慶和 方平）

參考文獻

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[2]張明，謝珊珊，羅云峰.低壓配電網(wǎng)三相負荷不平衡優(yōu)化模型的研究[J].武漢科技大學學報：自然科學版，2015（01）：59-62.

作者簡介

陳崇敬（1978-），男，浙江省浦江縣人。大學本科學歷。現(xiàn)為國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司高級工程師，從事配網(wǎng)管理工作。

作者單位

國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司 浙江省金華市 321000