劉璐璐，楊 霞，楊 柳

（國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司信息通信公司，新疆 烏魯木齊 831002）

電力技術(shù)發(fā)展促進(jìn)電網(wǎng)推廣應(yīng)用，電網(wǎng)相關(guān)功能不斷增加、完善的同時(shí)，其也出現(xiàn)配電網(wǎng)非線性符負(fù)荷持續(xù)增加態(tài)勢(shì)，導(dǎo)致電網(wǎng)三相負(fù)載不平衡狀況出現(xiàn)，勢(shì)必對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重影響[1]。而采用電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，則可有效改善此囧態(tài)，可改善三相不平衡狀況，優(yōu)化電網(wǎng)功率因數(shù)。因此，下文就對(duì)配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)載下的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，旨在為進(jìn)一步提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)持續(xù)發(fā)展提供有力參考。

1 三相負(fù)荷平衡化理論概述

當(dāng)下配電網(wǎng)配電變壓器大多都為三相變壓器，變壓器出口的三相負(fù)荷需保證對(duì)稱。但是在實(shí)際低壓配電網(wǎng)中有大量的單相負(fù)荷，且受單相負(fù)荷不均勻分布及投入時(shí)間不同，將導(dǎo)致三相不平衡影響低壓電網(wǎng)維護(hù)運(yùn)行。平衡三相系統(tǒng)總功率為恒定，且其不受時(shí)間影響。不平衡的三相系統(tǒng)其總功率則處于平均值上下脈動(dòng)。故在將不平衡三相系統(tǒng)換為平衡三相系統(tǒng)時(shí)，變換設(shè)備應(yīng)設(shè)置好可以暫時(shí)儲(chǔ)存電磁能量的電感線圈及電容器元件。對(duì)于不對(duì)稱的三相系統(tǒng)，可在不同相間并聯(lián)適當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)納，確保不平衡的三相負(fù)荷編程平衡三相負(fù)荷，且并不會(huì)影響電源及負(fù)荷有功功率交換。相間負(fù)荷不平衡的平衡化理論支持下，可導(dǎo)出一般不平衡三相負(fù)荷平衡原理：首先，將無(wú)中性線星型接線轉(zhuǎn)為三角型接線方式，在轉(zhuǎn)化之后以導(dǎo)納模型處理好負(fù)荷及補(bǔ)償器。當(dāng)下，配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間革新完善，現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償裝置較多，如調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、SVG等。其中，調(diào)相機(jī)向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，運(yùn)行存在過(guò)勵(lì)磁狀態(tài)，短期也可能在欠勵(lì)磁狀態(tài)下運(yùn)行。調(diào)相機(jī)通過(guò)改變勵(lì)磁電流，控制無(wú)功功率輸出大小，其過(guò)負(fù)荷能力突出。但是調(diào)相機(jī)也有自身缺點(diǎn)，勵(lì)磁電流過(guò)大將會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成嚴(yán)重?fù)p耗，且會(huì)導(dǎo)致成本投入大大增加。并聯(lián)電容器通過(guò)將電容器串、并聯(lián)到電網(wǎng)內(nèi)部，可有效改善電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，理論上采取并聯(lián)電容器也可實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的無(wú)提供補(bǔ)償，屬于現(xiàn)代城市配電網(wǎng)常用無(wú)功補(bǔ)償方式。并聯(lián)電容器的投資成本低于調(diào)相機(jī)，且其容量可隨意配置，工程使用價(jià)值較高。為應(yīng)對(duì)當(dāng)下電網(wǎng)系統(tǒng)中各項(xiàng)負(fù)荷穩(wěn)定性，解決低壓配電三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題，應(yīng)結(jié)合不同靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)優(yōu)勢(shì)和不足，了解技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。低壓220V電網(wǎng)內(nèi)，需考慮到不平衡度及功率因素二者的補(bǔ)償，無(wú)功補(bǔ)償控制器功能需向多元化方向不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、記錄配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)功能。此外，需提高靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，降低裝置投切時(shí)候?qū)﹄娋W(wǎng)造成的影響，再對(duì)無(wú)功補(bǔ)償投切控制算法改善，融入遺傳算法、模糊控制理論等，以此增加無(wú)功補(bǔ)償裝置適用范圍。無(wú)功補(bǔ)償控制裝置為解決配網(wǎng)三相不平衡，也必須考慮晶閘管、二極管過(guò)電壓、過(guò)電流問(wèn)題，有效提高轉(zhuǎn)移功率容量，積極提高動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量，可通過(guò)同步開關(guān)技術(shù)、電力無(wú)源濾波器PPF、電力有源濾波器APF等提高無(wú)功補(bǔ)償效果。

2 配電網(wǎng)三相不平衡的影響

2.1 徒增損耗

若電網(wǎng)三相穩(wěn)定，則各相有功功率及無(wú)功功率基本相等，線路運(yùn)行產(chǎn)生的損耗在正?？山邮芊秶?。若三相不平衡，就導(dǎo)致電力系統(tǒng)各相電流異常，各處電流差異較大，三相負(fù)載中線電流不為0，導(dǎo)致線路出現(xiàn)有功損耗，損耗巨大。

2.2 降低配電器出力

出現(xiàn)電網(wǎng)三相不平衡，配電器負(fù)載中一相出現(xiàn)滿載、過(guò)負(fù)荷，而負(fù)荷較輕的一相出現(xiàn)盈余，會(huì)嚴(yán)重降低配電器出力[2]。

2.3 增加變壓器鐵損

會(huì)導(dǎo)致低壓側(cè)中性線存在零序電流，但是其通過(guò)低壓側(cè)中性線后，卻無(wú)法通過(guò)變壓器高壓側(cè)，低壓側(cè)其電流通過(guò)產(chǎn)生的磁通就會(huì)通過(guò)變壓器油箱壁以實(shí)現(xiàn)平衡，導(dǎo)致油箱壁部位存在渦流損耗。此外，零序電流通過(guò)變壓器鐵芯激磁阻抗，會(huì)造成配變中性點(diǎn)便宜，導(dǎo)致各個(gè)位置電壓差異較大，單相對(duì)地電壓較高，增加變壓器鐵損。

3 配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)載的無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

以對(duì)稱分量法對(duì)不對(duì)稱負(fù)荷分析，具體平衡三相正序電壓供電不穩(wěn)定負(fù)荷如圖1所示。

圖1 平衡三相正序電壓供電不平衡負(fù)荷示意圖

以三相對(duì)稱正序電壓為不對(duì)稱“三角形”連接負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)供電，以SVC（靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置）實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，SVC自身反應(yīng)速度快、補(bǔ)償效果突出，且耗能少，可解決單相負(fù)荷導(dǎo)致的供電不平衡、電壓波動(dòng)、諧波等異常問(wèn)題，且SVC對(duì)各個(gè)電壓可單獨(dú)調(diào)節(jié)，滿足大型電網(wǎng)安全運(yùn)行需求。一些“星形”連接負(fù)荷，其中性點(diǎn)一般未接地，需以Y-△變換為三角負(fù)荷，便于分析。

UA為以A為中性點(diǎn)的電壓，以此為參考，得到A、B、C三相電壓：

通過(guò)上市，得到線電壓，為：

若采用A為基準(zhǔn)相，則電流及對(duì)稱分量關(guān)系為：

實(shí)際應(yīng)用可得出三相電壓、負(fù)載電流的，以無(wú)功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償電納。無(wú)功補(bǔ)償以TCR、TSC并聯(lián)的SVC確保補(bǔ)償電納持續(xù)可調(diào)整（圖2）。

圖2 TCR和TSC并聯(lián)示意圖

由圖2得到，電容器、電抗器為三角連接，可有效避免線電流出現(xiàn)零序分量。TCR（相控電抗器）極品等效電納及晶閘管觸發(fā)σ，其存在相關(guān)函數(shù)關(guān)系：

式中，XL為相控電抗器電抗值，將TCR及晶閘管投切電容器組TSC并聯(lián)使用中，SVC等效電納的表示如下：

由上述式子得到，若相控電抗器觸發(fā)角σ及TSC投入電容器組調(diào)整，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)SVC等效電納的改變，且A、B、C均可獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)等效電納的調(diào)節(jié)控制。

4 仿真分析

為深入了解配電網(wǎng)三相不平衡負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)，采取仿真分析，以三角形連接的三相不平衡負(fù)載，以TCR、TSC并聯(lián)的SVC補(bǔ)償。不平衡負(fù)載以三角形連接，系統(tǒng)電源為負(fù)載提供的復(fù)工率分別為：132+j144kVA、191+j129kVA、150+j116kVA。此時(shí)得到SVC三相等效電納：j3.0x10-3S、j4.0x10-3S、j5.0x10-3S。

經(jīng)補(bǔ)償仿真分析后，發(fā)現(xiàn)在三相補(bǔ)償之前，三相負(fù)載不平衡，其三相電流有效值存在差異，線電流負(fù)序分量達(dá)到29.7A，且電網(wǎng)運(yùn)行需輸送較大無(wú)功功率，且線路功率因數(shù)不高。以SVC對(duì)不平衡負(fù)載無(wú)功補(bǔ)償，而后發(fā)現(xiàn)三相電流有效值基本相同，分量只存在正序分量，無(wú)負(fù)序分量、零序分量。且配電網(wǎng)線路中，其傳輸功率為有功功率，功率因數(shù)為1。

三角形連接負(fù)載，其AB、CA相均有負(fù)載，視在功率分別為132-j114kVA、150-j116kVA，但其BC相不存在負(fù)載。采用SVC落實(shí)無(wú)功補(bǔ)償，其可有效消除電源供給線電流負(fù)序分量，使得線電流正序電流僅有有功分量，減小不平衡負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備的影響。