● 國網(wǎng)湖南綜合能源服務(wù)有限公司 徐 勇 陳 宏 何鐵祥

近年來，配電網(wǎng)負(fù)荷一直處在增長狀態(tài)，而配電網(wǎng)投資與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展并不完全適應(yīng)，部分偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展相對滯后，存在著供電質(zhì)量差、功率因數(shù)低、線損大、部分線路供電半徑長、無功補(bǔ)償比例低、公用臺區(qū)損耗較高等問題。實施綜合節(jié)能改造與提高電能質(zhì)量項目，有助于降低配網(wǎng)綜合線損，提高電能質(zhì)量和配網(wǎng)管理水平。

1 解決方案特點

針對以上電能質(zhì)量問題，通常有2種解決方案：電力電子技術(shù)的有源電能質(zhì)量綜合治理；無源裝置治理（電容器：相間電容器、相與零線間電容器）。

1.1 有源裝置解決方案

在配網(wǎng)系統(tǒng)中，通過電流互感器檢測三相負(fù)載電流，采用先進(jìn)的數(shù)字提取算法計算出三相負(fù)載中的三相不平衡分量、無功電流分量以及無功性質(zhì)、諧波電流分量，借助電力電子設(shè)備結(jié)合精準(zhǔn)的控制策略，保證電網(wǎng)側(cè)平衡、高功率因數(shù)、低諧波含量。

具體在三相不平衡治理方面，在不改變負(fù)載總功率的前提下，對三相負(fù)載功率消耗進(jìn)行重新分配，使單相、兩相功率消耗或者三相功率消耗不平衡向三相功率消耗均勻分配。在解決電流幅值相等、三相功率相等的同時，三相相位相差120°，從而消除中線電流。對于電網(wǎng)側(cè)，三相功率總和不變，但每一相功率大小相等，以平衡治理網(wǎng)側(cè)電流目的。無功補(bǔ)償方面，通過提取負(fù)載三相電流中的無功電流分量，使得設(shè)備輸出與負(fù)載需求大小相等、方向相反的無功電流實現(xiàn)無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。諧波治理方面，提取負(fù)載三相電流中的各次諧波電流，使得設(shè)備輸出與負(fù)載中的諧波電流大小相等、方向相反的諧波電流能降低網(wǎng)側(cè)電流諧波畸變率。有源裝置功能框圖如圖1所示。

圖1 有源裝置功能框圖

1.2 無源裝置解決方案

無源器件通過電容補(bǔ)償感性無功、電感吸收容性無功，借助串聯(lián)諧振原理來濾除特定次數(shù)的諧波。無源元件構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)能夠調(diào)整有功負(fù)荷治理三相不平衡的原理如圖2所示。

圖2 無源元件補(bǔ)償不平衡原

圖2中，A相與零線之間接有電阻R，在沒有接入所有電容和電感之前，只有A相有電流，B、C相都沒有電流，這是一個嚴(yán)重不平衡系統(tǒng)。為使A相電流平均分配到三相之間且每相功率因數(shù)都能補(bǔ)償?shù)?，可以采用如圖所示的方法來進(jìn)行不平衡的調(diào)整和功率因數(shù)補(bǔ)償。

（1）A、B 相之間接入電容 C1。

從A相看，由于電容電流Ic1超前電容電壓Uc90°。這時，在A相體現(xiàn)出垂直于A相電壓的容性無功電流分量+Iqc1和與A相電壓方向相反的負(fù)有功電流分量-Ipc。同理從B相看，電容電流Ic1超前電容電壓Uc 90°。這時，在B相體現(xiàn)出垂直于B相電壓的容性無功電流分量+Iqc1和與B相電壓方向相同的正有功電流分量+Ipc。

由此看出，在A、B相之間跨接的電容C1后，A相的部分有功電流被轉(zhuǎn)移到了B相。如果恰當(dāng)?shù)剡x擇電容C1，使之在A相的有功電流分量-Ipc是A相有功電流的1/3，這時，電容C1就會將A相的1/3有功電流轉(zhuǎn)移到B相（即+Ipc）。

（2）A、C 相之間接入電感 L1。

從A相看，由于電感電流IL1滯后電感電壓UL 90°。在A相體現(xiàn)出一個垂直于A相電壓的感性無功電流分量-IqL1和與A相電壓方向相反的負(fù)有功電流分量-IpL。同理從C相看，電感電流IL1滯后電感電壓UL 90°。在C相體現(xiàn)出一個垂直于C相電壓的感性無功電流分量-IqL1和與C相電壓方向相同的正有功電流分量+IpL。

由此看出：在A、C相之間跨接電感L1后，A相的部分有功電流被轉(zhuǎn)移到了C相。如果恰當(dāng)?shù)剡x擇電容L1，使之在A相有功電流分量-IpL是A相有功電流的1/3，這時，電容L1就會將A相的1/3有功電流轉(zhuǎn)移到C相。

通過上述分析看出：電容C1將A相的1/3有功電流轉(zhuǎn)移到B相，電感L1又將A相的1/3有功電流轉(zhuǎn)移到了C相。這時B相有1/3的有功電流，C相也有1/3的有功電流，A相也只剩下了1/3的有功電流。所以，三相有功電流完全平衡。

調(diào)整后的三相功率因數(shù)為：電容C1在A相的容性無功電流分量+Iqc1與電感L1在A相的感性無功分量-IqL1相互抵消。該相無功電流為零，功率因數(shù)為1；在B相與零之間恰當(dāng)?shù)亟尤腚姼蠰2，使之在B相的感性無功電流分量-IqL2正好抵消該相容性無功電流分量+Iqc1。該相無功電流為零，功率因數(shù)為1；在C相與零之間恰當(dāng)?shù)亟尤腚娙軨2，使之在C相的容性無功電流分量+Iqc2正好抵消該相感性無功電流分量-IqL1。該相無功電流為零，功率因數(shù)為1。

1.3 各解決方案特點

有源電能質(zhì)量綜合治理裝置可以完美解決以上存在的電能質(zhì)量問題（解決三相不平衡問題、無功問題、諧波問題），但是采用線性連續(xù)輸出補(bǔ)償治理的成本高。

無源補(bǔ)償裝置可以解決一定程度的三相不平衡問題（依賴于電網(wǎng)存在較大感性無功；若負(fù)載無感性無功消耗；設(shè)備無法治理或者感性無功小，治理效果差，這種方案存在很大局限性）；可以固定補(bǔ)償無功，但無法有效精確地解決諧波問題，同時，階梯式補(bǔ)償無法達(dá)到線性補(bǔ)償，而且成本低。

2 混合式治理綜合電能質(zhì)量問題

通過相——相間與相——零間投入電容器可以解決三相不平衡問題以及無功問題。但是，系統(tǒng)三相不平衡問題的治理效果嚴(yán)重依賴于負(fù)載系統(tǒng)，存在一定容量的感性無功，對于電力配網(wǎng)系統(tǒng)有可能存在無功功率不足的問題。所以，宜采用混合式補(bǔ)償方案：無源電容補(bǔ)償+有源電力電子技術(shù)，這樣既可以滿足任何系統(tǒng)的應(yīng)用效果，又可以解決單純使用有源電力電子技術(shù)的有功功率平衡裝置高成本問題。

實現(xiàn)框圖如圖3所示，通常相間補(bǔ)償電容器容量建議為整機(jī)容量（減去有源容量）60%；相線與零線補(bǔ)償電容器容量建議為整機(jī)容量（減去有源容量）40%。

圖3 混合型解決方案

3 結(jié)束語

本文針對配電網(wǎng)主要諧波電流產(chǎn)生、功率因數(shù)降低以及三相電流不平衡的綜合問題，分析了不同治理方案的工作原理及特點，并基于此給出了無源電容補(bǔ)償+有源電力電子技術(shù)的綜合電流質(zhì)量治理方案。

國網(wǎng)湖南電力推進(jìn)綜合能源服務(wù)“入駐”步步高集團(tuán)

3月5日，國網(wǎng)湖南省電力有限公司與步步高集團(tuán)就城市商業(yè)綜合體綜合能源服務(wù)進(jìn)行合作交流，共商有效措施，解決步步高集團(tuán)用電成本的降耗增效和用電安全瓶頸問題。步步高是多業(yè)態(tài)的大型商業(yè)集團(tuán)，湖南現(xiàn)共有多業(yè)態(tài)實體門店176家。2017年，步步高湖南用電量突破3億千瓦時，未來3年預(yù)計湖南總用電量將突破5億千瓦時。

座談交流會上，國網(wǎng)湖南電力簡要介紹了深化電力體制改革、推動市場化電力直接交易、精準(zhǔn)釋放政策紅利的系列工作及成效，重點對國內(nèi)外綜合能源服務(wù)發(fā)展進(jìn)程、公司主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域、商業(yè)模式、典型技術(shù)及重點示范項目進(jìn)行詳述，同時針對步步高各實體門店存在的輸配電系統(tǒng)設(shè)計冗余過大、節(jié)能技術(shù)改造不到位、能效監(jiān)控與管理手段單一等共性問題進(jìn)行全面交流，對商業(yè)綜合體照明、空調(diào)系統(tǒng)和手扶電梯等主要用能系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)和能效管理進(jìn)行重點探討。

交流中，步步高集團(tuán)與國網(wǎng)湖南電力達(dá)成綜合能源服務(wù)合作初步意向。國網(wǎng)湖南電力將以所屬綜合能源公司為主，全面協(xié)助步步高集團(tuán)開展能效診斷及節(jié)能降耗工作。同時，將進(jìn)一步創(chuàng)新節(jié)能技術(shù)和商務(wù)模式，試點示范步步高集團(tuán)分布式光伏發(fā)電、電動汽車充電樁、儲能技術(shù)的開發(fā)建設(shè)，全力打造好湖南首批城市商業(yè)綜合體低碳綠色生態(tài)示范工程，助力美麗幸福新湖南建設(shè)。