黃明欣，唐釀，葛陽(yáng)，陳佳鵬，曾杰

(1.南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司，廣東 廣州 510080; 2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510600)

2020年我國(guó)能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放量占總排放量的88%左右，而電力行業(yè)的二氧化碳排放量占了能源行業(yè)排放總量的近一半，電力行業(yè)減排進(jìn)程直接影響碳達(dá)峰、碳中和整體進(jìn)程[1]。在整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)、輸、配、送的任一環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生能量損耗。其中，直接與用戶相連的低壓配電網(wǎng)，因覆蓋范圍廣、配電設(shè)備多、線路復(fù)雜而密集，其電能損耗占電網(wǎng)總損耗的60%以上[2-4]。配電網(wǎng)層面如何技術(shù)降損，一直是電力行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注及研究難點(diǎn)。目前，配電網(wǎng)降損的主要解決方案有：縮短低壓供電線路長(zhǎng)度、無(wú)功補(bǔ)償、平衡三相負(fù)荷、采用節(jié)能變壓器、合理配置變壓器容量和采用大線徑電路[5-10]。系統(tǒng)收資發(fā)現(xiàn)由于存在大量時(shí)空不均勻分布的單相負(fù)荷和負(fù)荷用電的隨機(jī)性，三相不平衡運(yùn)行不可避免，此時(shí)系統(tǒng)中存在不平衡電流，進(jìn)而造成不平衡運(yùn)行狀態(tài)下的變壓器和配電網(wǎng)線路損耗增加、變壓器出力降低、供電質(zhì)量下降等不良后果[11-16]。因此，在三相電流不平衡的三相四線制低壓配電網(wǎng)中，平衡三相負(fù)荷是技術(shù)降損的有效解決方向。

為平衡三相負(fù)荷，國(guó)內(nèi)學(xué)者、電力工作者提出了不同的解決措施[17-25]。文獻(xiàn)[17]提出通過(guò)分相電容和相間電容實(shí)現(xiàn)三相不平衡的調(diào)節(jié)，但該方案存在拉低功率因數(shù)、中性線電流不減反增等實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題；文獻(xiàn)[18]提出基于協(xié)調(diào)控制靜止無(wú)功發(fā)生器(static var generator，SVG)的低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡補(bǔ)償系統(tǒng)，但僅從理論上驗(yàn)證了該方案的可行性，詳細(xì)的應(yīng)用研究還未開展；文獻(xiàn)[19-20]提出一種基于在線自動(dòng)換相裝置和控制終端的三相不平衡實(shí)時(shí)治理方案，但主要研究換相控制邏輯，缺乏實(shí)際工程應(yīng)用實(shí)例及降損效果分析；文獻(xiàn)[21]提出結(jié)合換相與附加補(bǔ)償手段來(lái)治理三相不平衡，但方案停留在仿真驗(yàn)證階段，并無(wú)實(shí)際效益分析及核算；文獻(xiàn)[22]對(duì)電容型補(bǔ)償、電力電子變流器型補(bǔ)償和換相補(bǔ)償治理方案原理進(jìn)行分析和整理，但缺乏降損效果、工程施工等方面的對(duì)比，對(duì)實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值有限。因此，為了更好地推進(jìn)平衡三相負(fù)荷在降低低壓配電網(wǎng)損耗中的應(yīng)用，更為深入的應(yīng)用研究及效益分析很有必要。

本文首先多維度對(duì)比分析典型三相不平衡治理方式的優(yōu)缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和MATLAB仿真分析三相不平衡對(duì)低壓配電網(wǎng)能耗影響的量化關(guān)系，并對(duì)集中式SVG補(bǔ)償及換相開關(guān)方案的降損效果進(jìn)行直觀對(duì)比。最后，結(jié)合廣東地區(qū)三相不平衡現(xiàn)狀，采用快速換相開關(guān)的技術(shù)方案，通過(guò)工程應(yīng)用驗(yàn)證方案的有效性，并進(jìn)行詳盡的效益分析。

1 平衡三相負(fù)荷措施分析

目前，平衡三相負(fù)荷主要有3種技術(shù)方案，第1種是采用相間電容補(bǔ)償?shù)姆绞?，?種是利用SVG裝置，第3種是智能換相開關(guān)裝置。

1.1 電容型補(bǔ)償

電容型補(bǔ)償方式利用電容補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)，在電流最大的相線與電流最小的相線之間投入一定比例的電容器，在兩相之間增加無(wú)功電流的同時(shí)轉(zhuǎn)移一部分有功電流，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功能。

優(yōu)點(diǎn)：只需在臺(tái)區(qū)三相線路上安裝數(shù)臺(tái)相間補(bǔ)償電容器，其工程安裝簡(jiǎn)單，且造價(jià)低。

缺點(diǎn)：相間補(bǔ)償電容器工作時(shí)需要利用負(fù)載的電感來(lái)調(diào)整不平衡有功電流，如果負(fù)載的功率因數(shù)為1，就意味著沒(méi)有可以利用的電感，因此無(wú)法進(jìn)行不平衡調(diào)整。另外，數(shù)臺(tái)相間補(bǔ)償電容器分級(jí)數(shù)不宜過(guò)多，電容器組只能分級(jí)補(bǔ)償，當(dāng)負(fù)荷功率波動(dòng)范圍較大時(shí)，補(bǔ)償效果無(wú)法保證。在實(shí)際應(yīng)用中問(wèn)題突出。

1.2 SVG補(bǔ)償

SVG補(bǔ)償方式利用電力電子換流器在三相之間轉(zhuǎn)移有功功率，從而解決變壓器三相繞組負(fù)荷不平衡問(wèn)題。目前SVG補(bǔ)償方式主要分為集中式和分布式，集中式主要安裝在配電臺(tái)區(qū)變壓器出口側(cè)，分布式則是在低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)多個(gè)節(jié)點(diǎn)分別接入SVG。

優(yōu)點(diǎn)：集中式SVG方案可解決由三相不平衡導(dǎo)致的變壓器損耗問(wèn)題，安裝簡(jiǎn)單，僅需按不平衡度及變壓器容量選定裝機(jī)額定容量即可。而分布式SVG方案可平衡低壓配電網(wǎng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)三相電流，減少線損，消除節(jié)點(diǎn)低電壓。

缺點(diǎn)：集中式SVG不能解決整個(gè)低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)線路的不平衡問(wèn)題，臺(tái)區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)仍運(yùn)行在嚴(yán)重的不平衡狀態(tài)，不能解決供電線路的線路損耗、末端電壓低等問(wèn)題，同時(shí)自身?yè)p耗及噪聲較大。

1.3 智能換相開關(guān)

快速換相開關(guān)通過(guò)將配電網(wǎng)中的一部分單相負(fù)荷加裝換相器，使其變?yōu)榭煽刎?fù)荷；主控器檢測(cè)三相負(fù)荷的平衡狀況，實(shí)時(shí)地對(duì)單相負(fù)荷做出優(yōu)化決策，使整個(gè)臺(tái)區(qū)的負(fù)荷均衡地分布在三相供電線路上。

優(yōu)點(diǎn):可以真正使整個(gè)臺(tái)區(qū)運(yùn)行于三相平衡狀態(tài)，配電網(wǎng)的中性線電流顯著降低，變壓器及供電線路的損耗大大減小，而且由于相線電流的均衡及中性線電流的減小，末端電壓也獲得顯著的提升，臺(tái)區(qū)的運(yùn)行能效得到明顯的改善。

缺點(diǎn)：設(shè)備需要串接，安裝在用戶電表旁，安裝時(shí)工程量稍大。

1.4 方案對(duì)比

為了更直觀地分析上述技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本文從平衡效果、降損效果、改善末端低電壓等維度對(duì)3種技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 3種技術(shù)方案對(duì)比Tab.1 Comparisons of three technical schemes

相間電容補(bǔ)償?shù)姆桨鸽m然施工維護(hù)簡(jiǎn)單，但平衡效果差，容易造成整個(gè)臺(tái)區(qū)供電網(wǎng)嚴(yán)重過(guò)補(bǔ)，拉低功率因數(shù)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致中性線電流不但未減小反而增加，實(shí)際使用不多。集中式SVG型技術(shù)方案安裝施工簡(jiǎn)單，兼具無(wú)功補(bǔ)償能力，可解決變壓

器本體三相不平衡問(wèn)題，目前主要針對(duì)變壓器負(fù)載率不小于80%的臺(tái)區(qū)使用，但自身?yè)p耗較大、噪聲很大，且不能有效解決整個(gè)臺(tái)區(qū)線路及負(fù)載側(cè)三相不平衡問(wèn)題，因此也不能從根本上解決因三相不平衡帶來(lái)的線損及末端低電壓?jiǎn)栴}。若在臺(tái)區(qū)內(nèi)安裝多個(gè)SVG(即分布式SVG)，雖然也可取得較好的平衡效果，但由于SVG造價(jià)比較昂貴，其投資遠(yuǎn)超換相開關(guān)的數(shù)倍，目前實(shí)際應(yīng)用較少。快速換相開關(guān)方案是新一代的技術(shù)路線，真正使整個(gè)配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)運(yùn)行于三相平衡狀態(tài)，配電網(wǎng)絡(luò)的中性線電流顯著降低，變壓器及供電線路的損耗大大減小，且由于相線電流的均衡及中性線電流的減少，末端電壓也獲得顯著提升，可系統(tǒng)解決臺(tái)區(qū)三相不平衡、高線損、末端低電壓?jiǎn)栴}，適用于不同負(fù)載率的配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)，唯一不足的是施工量稍大。

2 降損效果量化分析

第1章已對(duì)相間電容補(bǔ)償、SVG補(bǔ)償，快速換相開關(guān)3種技術(shù)方案進(jìn)行從平衡效果、降損效果、改善末端低電壓等維度進(jìn)行定性分析，本章通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和MATLAB仿真計(jì)算對(duì)目前應(yīng)用較多的集中式SVG補(bǔ)償及快速換相方案的降損效果進(jìn)行量化分析。

2.1 數(shù)學(xué)推導(dǎo)

三相不平衡在整個(gè)配電網(wǎng)中會(huì)帶來(lái)一系列損耗，通常從線路、配電網(wǎng)變壓器等角度進(jìn)行分析。當(dāng)三相負(fù)荷平衡時(shí)，中性線電流為0，此時(shí)不存在中性線損耗。當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，相線和中性線中都存在不平衡電流，進(jìn)而產(chǎn)生附加損耗，且不平衡程度越大，產(chǎn)生的損耗越多[26]。

定義三相電流不平衡度

(1)

式中：Imax為三相最大電流；Iav為三相平均電流。

則中性線電流

(2)

式中：βA、βB、βC為各相不平衡度，且βA+βB+βC=0；α= 1∠120°= cos 120°+ jsin 120°為工程上常用到的單位相量算子。

當(dāng)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，中性線上就會(huì)流過(guò)電流，從而產(chǎn)生附加損耗，此時(shí)中性線上的附加損耗

(3)

式中R0為中性線上阻抗。

由式(2)和式(3)推導(dǎo)得出中性線上的附加損耗P0與負(fù)荷電流不平衡度的關(guān)系為

(4)

在低壓配電網(wǎng)由于線路存在阻抗，輸電線中通過(guò)的電流必定會(huì)消耗部分電能，當(dāng)三相電流平衡時(shí)，相線上損耗

(5)

式中RL為線路阻抗。

而當(dāng)三相電流不平衡時(shí)，相線上損耗

(6)

由式(5)和式(6)可知，由于三相不平衡產(chǎn)生的相線損耗可表示為

(7)

假設(shè)中性線型號(hào)與相線型號(hào)相同，即RL=R0，三相四線制線路上三相不平衡新增損耗ΔPL可以用三相不平衡度表示，即

(8)

當(dāng)三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，變壓器低壓側(cè)出現(xiàn)零序磁通，但由于配電網(wǎng)變壓器(以下簡(jiǎn)稱配變)主要以鐵心柱的結(jié)構(gòu)為主，高壓側(cè)通常不存在零序電流，從而導(dǎo)致低壓側(cè)零序電流沒(méi)有通路，只能通過(guò)變壓器油箱壁和鋼構(gòu)件來(lái)形成回路。當(dāng)變壓器鋼構(gòu)件中流過(guò)零序電流分量時(shí)，由于變壓器油箱壁和鋼構(gòu)件的磁阻與繞組磁阻相比數(shù)值較大，就會(huì)形成較大的磁滯及渦流損耗，造成鋼構(gòu)件的附加發(fā)熱，產(chǎn)生多余的鐵心損耗，附加鐵損

(9)

式中：IOC為變壓器二次側(cè)零序電流分量；ROC為變壓器二次側(cè)零序電流通路的等值電阻。

由于配電網(wǎng)變壓器繞組阻抗的存在，通過(guò)繞組的電流必定會(huì)消耗部分電能，當(dāng)三相繞組電流平衡時(shí)，變壓器繞組損耗

(10)

式中RT為繞組阻抗。

當(dāng)三相繞組電流幅值不平衡時(shí)，變壓器繞組損耗

(11)

由式(10)、(11)可知，由于三相不平衡產(chǎn)生的變壓器繞組損耗

(12)

在工程上，進(jìn)行低壓配電網(wǎng)三相不平衡損耗計(jì)算時(shí)通常忽略變壓器的附加鐵損，此時(shí)低壓配電網(wǎng)變壓器由于三相不平衡的附加損耗可以由式(12)表示。

利用集中式SVG方案只能平衡其并聯(lián)接入點(diǎn)上游線路的電流、上游節(jié)點(diǎn)低電壓，實(shí)際只是平衡了配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)變壓器出口側(cè)的電流，相線實(shí)際仍處于三相負(fù)荷電流不平衡的狀態(tài)，故降損效果主要體現(xiàn)在對(duì)變壓器附加損耗的降低上，如式(12)所示，無(wú)法降低式(8)所示的線路附加損耗；使用快速換相開關(guān)方案，能真正平衡臺(tái)區(qū)各相線上的負(fù)荷，使變壓器出口側(cè)的電流和相線上的電流處于一個(gè)均衡的狀態(tài)，因此可降低式(8)和式(12)所示的附加損耗。

2.2 仿真分析

2.2.1 配電網(wǎng)附加損耗與配變負(fù)載率及最大電流不平衡度的關(guān)系

為了更直觀地得到使用不同技術(shù)方案對(duì)配電網(wǎng)降損效果的影響，根據(jù)式(8)和式(12)，本文利用MATLAB數(shù)值仿真，首先計(jì)算配電網(wǎng)附加損耗與配變負(fù)載率及最大電流不平衡度的關(guān)系。算例選擇容量為500 kVA的10 kV/400 V配變，參數(shù)配置參照GB/T 6451—2015[27]，線路參數(shù)參照允許載流量800 A的銅線纜，供電半徑總長(zhǎng)0.5 km。

仿真計(jì)算結(jié)果如圖1所示，當(dāng)配變負(fù)載率一定時(shí)，最大電流不平衡度越大，系統(tǒng)附加損耗越大；當(dāng)配變最大不平衡度一定時(shí)，變壓器負(fù)載率越大，系統(tǒng)附加損耗越大，隨著配變負(fù)載率的增加，三相負(fù)荷不平衡導(dǎo)致的系統(tǒng)附加損耗越明顯。因此，在配電網(wǎng)節(jié)能降損的過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注負(fù)載率較大的臺(tái)區(qū)變壓器。

圖1 低壓配電網(wǎng)附加損耗與配變負(fù)載率及最大電流不平衡度的關(guān)系Fig.1 Relationships between additional power loss of low-voltage distribution network load rate of transformer and the maximum current unbalanced degree

2.2.2 配電網(wǎng)損耗增量比與最大電流不平衡度的關(guān)系

進(jìn)一步計(jì)算當(dāng)配變負(fù)載率為60%時(shí)，配電網(wǎng)損耗增量比，計(jì)算結(jié)果如圖2所示。其中損耗增量比定義為配變附加損耗占理想狀態(tài)(即不存在三相不平衡問(wèn)題)下低壓配電網(wǎng)損耗的百分比?？紤]實(shí)際運(yùn)行中A、B、C三相負(fù)載率每時(shí)每刻都可能變化，選取3種典型負(fù)載情況進(jìn)行分析，分別是：情況1，1相重載、1相輕載、1相平均負(fù)荷(權(quán)重系數(shù)為1、-1、0)；情況2，2相輕載、1相重載(權(quán)重系數(shù)為-0.5、-0.5、1)；情況3，1相輕載、2相重載(權(quán)重系數(shù)為-1、1/3、2/3)。

圖2 低壓配電網(wǎng)損耗增量比與最大電流不平衡度的變化曲線Fig.2 Variation curves of power incremental ratio and the maximum current unbalanced degree

計(jì)算結(jié)果表明：降低系統(tǒng)最大不平衡度，配電網(wǎng)損耗增量比顯著下降。如圖2所示：在情況1時(shí)，將最大不平衡度從60%降低至15%以內(nèi)，損耗增量比能從約50%降低至5%以內(nèi)，降損效果明顯；而在情況3(此時(shí)三相負(fù)荷分布較情況1均衡)，同樣將最大不平衡度從60%降低至15%以內(nèi)，損耗增量比則從約40%降低至5%以內(nèi)。因此，綜合考慮配變的負(fù)載情況及三相負(fù)荷不平衡情況，借助先進(jìn)技術(shù)手段調(diào)整電流不平衡度，對(duì)配電網(wǎng)節(jié)能損耗治理具有重大的意義。

2.2.3 不同技術(shù)方案可減少附加損耗的對(duì)比進(jìn)一步計(jì)算選用SVG方案和換相開關(guān)方案平衡三相負(fù)荷電流時(shí)，可減少的附加損耗對(duì)比。假設(shè)治理前最大電流不平衡度為60%，以1相重載、1相輕載、1相平均負(fù)載的負(fù)荷分布為例，結(jié)果如圖3所示，其中降損量為治理前附加損耗與治理后附加損耗的差值。

圖3 可降低日附加損耗量對(duì)比Fig.3 Comparisons of reducible daily additional power loss

計(jì)算結(jié)果表明，采用SVG方案對(duì)低壓配電網(wǎng)的降損效果不如采用換相開關(guān)方案顯著。當(dāng)變壓器出口側(cè)最大不平衡從60%降低至20%以內(nèi)，采用快速換相開關(guān)方案，日降損量在百千瓦時(shí)級(jí)別，采用集中式SVG補(bǔ)償，日降損量?jī)H在幾千瓦時(shí)級(jí)別。因此，采用換相開關(guān)的技術(shù)方案，在降低配電網(wǎng)損耗上有更為明顯的效果，對(duì)提升整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、降低損耗、節(jié)約能源都具有積極意義。

3 工程應(yīng)用

3.1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)2021年系統(tǒng)收資數(shù)據(jù)，廣東地區(qū)臺(tái)區(qū)配變負(fù)載率30%～100%、三相不平衡度45%～100%區(qū)間段的變壓器臺(tái)數(shù)共計(jì)4萬(wàn)余臺(tái)。按照南方電網(wǎng)《中低壓配電運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定要求：變壓器的三相負(fù)荷應(yīng)力求平衡，不平衡度不應(yīng)大于15%。當(dāng)前治理措施主要對(duì)負(fù)載率不小于80%的配變二次側(cè)加裝電力電子型三相不平衡治理裝置。該方案只能解決變壓器本體三相不平衡問(wèn)題，不能有效解決整個(gè)臺(tái)區(qū)線路及負(fù)載側(cè)三相不平衡問(wèn)題，因此也不能從根本上解決因三相不平衡帶來(lái)的線損及末端低電壓?jiǎn)栴}。

全網(wǎng)針對(duì)低壓配電網(wǎng)三相不平衡問(wèn)題的專項(xiàng)治理，既是為了適應(yīng)售配電改革新形勢(shì)，又是提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要手段，更是響應(yīng)碳達(dá)峰、碳中和號(hào)召，積極降低配電網(wǎng)附加損耗的積極舉措。低壓負(fù)荷中三相和單相用電設(shè)備共存，且以單相用電設(shè)備為主，加上用戶用電行為的不可控性，通過(guò)運(yùn)行管理與控制來(lái)改善和解決三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題是非常困難的，結(jié)合第1、2章分析，采用快速換相開關(guān)方案對(duì)單相負(fù)荷接入進(jìn)行實(shí)時(shí)、智能的自動(dòng)換相控制。2020年起分別在廣州、深圳、珠海、惠州等地示范應(yīng)用，治理成效顯著。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

本文以當(dāng)前惠州示范點(diǎn)500 kVA臺(tái)區(qū)配變進(jìn)行測(cè)算，對(duì)治理措施進(jìn)行詳細(xì)分析。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，臺(tái)區(qū)配變年平均負(fù)載率40%，高峰期負(fù)載率60%左右，治理前三相不平衡度最大值60%，平均值45%，中性線電流在30～120 A之間，各相電流不平衡較嚴(yán)重。調(diào)取裝置投運(yùn)前臺(tái)區(qū)配變某日二次側(cè)出口處電壓、電流趨勢(shì)圖，可以發(fā)現(xiàn)臺(tái)區(qū)日負(fù)荷隨時(shí)間變化較大，臺(tái)區(qū)三相電流不平衡：用電高峰時(shí)A相重載，B、C相輕載；用電低谷時(shí)，A相輕載，B、C相重載。由于臺(tái)區(qū)負(fù)荷波動(dòng)性較大，白天商業(yè)用電，晚上居民用電隨機(jī)變化，因此人工定期調(diào)相難以解決。

采用換相開關(guān)式三相不平衡治理裝置對(duì)該臺(tái)區(qū)進(jìn)行治理，該臺(tái)區(qū)配置主控器1臺(tái)，換相開關(guān)14臺(tái)，主控器安裝在臺(tái)區(qū)配變低壓側(cè)。根據(jù)臺(tái)區(qū)用戶的分布情況，14臺(tái)換相開關(guān)分布在3條低壓支路的首端、中端、末端，并在較大負(fù)荷的電表前安裝1臺(tái)換相開關(guān)，這樣14臺(tái)換相器在主控器的控制下形成1個(gè)小局域的智能負(fù)荷自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)。

3.3 治理效果

治理后三相負(fù)荷電流基本處于平衡狀態(tài)，三相不平衡度顯著降低，平均值小于15%，中性線電流不超過(guò)30 A。

治理裝置2020年9月投運(yùn)以來(lái)，根據(jù)系統(tǒng)收資數(shù)據(jù)，臺(tái)區(qū)平均線損率由4.56%降至3%，下降幅度約34.2%。2020年1月至2021年8月該臺(tái)區(qū)月供出電量及臺(tái)區(qū)月線損值變化曲線如圖4所示。

圖4 月供出電量及月線損值變化曲線Fig.4 Variation curves of monthly power supply and line loss rates

投運(yùn)后該臺(tái)區(qū)未發(fā)生單相電壓低或開關(guān)過(guò)載跳閘等事故，取得了預(yù)期的效果。運(yùn)行前，2020年4月用電量為31.480 MWh,線損率4.95%；運(yùn)行后2021年2月用電量為30.762 MWh，線損率為2.89%。大致等同用電量情況下，線損降低，治理效果顯著。

3.4 效益核算

3.4.1 挽回直接經(jīng)濟(jì)損失

按平均電價(jià)0.6元/kWh計(jì)算，該臺(tái)區(qū)每年可挽回?fù)p失10 635.2元。考慮廣東電網(wǎng)臺(tái)區(qū)配變負(fù)載率30%～100%，三相不平衡度45%～100%區(qū)間段變壓器臺(tái)數(shù)共計(jì)4萬(wàn)余臺(tái)，通過(guò)三相不平衡技術(shù)降損，每年可挽回直接經(jīng)濟(jì)損失約5～6億元；集中治理好城中村三相不平衡問(wèn)題，每年可挽回經(jīng)濟(jì)損失約3億元。

3.4.2 減少碳排放量

廣東地區(qū)目前主要仍以普通化石燃料電源為主，該類電源的單位發(fā)電量產(chǎn)生的碳排放量

(13)

式中：f為單位燃料充分燃燒所排放的碳量;q為燃料的單位發(fā)熱量，參考值為10 kJ/t；G為電源的能量轉(zhuǎn)換效率。

目前1 t燃料充分燃燒所排放的碳量為0.3 kg，燃料的單位發(fā)熱量為10 kJ/t，電源的能量轉(zhuǎn)換效率為1.5 kWh/kJ，由式(13)可知化石燃料的單位發(fā)電量產(chǎn)生的碳排放量約為2×10-5t/kWh。因此，該臺(tái)區(qū)每年可減少0.35 t碳排放量。

3.4.3 減少勞務(wù)成本

臺(tái)區(qū)負(fù)荷切割、人工換相按材料費(fèi)、施工費(fèi)、勞務(wù)成本平均450元/(人次)，1年按20次計(jì)算，約9 000元。同時(shí)運(yùn)用技術(shù)手段，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)三相負(fù)荷進(jìn)行有載調(diào)控，可降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，減少安全責(zé)任事故。

3.4.4 投資回報(bào)周期

考慮線損部分及勞務(wù)成本，1年直接經(jīng)濟(jì)損失及運(yùn)維約2萬(wàn)元，按典型500 kVA臺(tái)區(qū)配變配置換相開關(guān)，2年可收回成本。換相型不平衡治理的全壽命周期為6年，全壽命周期期間，可實(shí)現(xiàn)200%的贏利，年平均收益33.33%。

4 結(jié)論

本文針對(duì)配電網(wǎng)技術(shù)降損難題，提出基于低壓配電網(wǎng)三相不平衡問(wèn)題治理的解決方案，首先多維度對(duì)比現(xiàn)有不同方案的技術(shù)特點(diǎn)，再通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和MATLAB仿真分析平衡三相負(fù)荷對(duì)低壓配電網(wǎng)降損效果的影響，最終結(jié)合廣東地區(qū)實(shí)際情況，應(yīng)用快速換相開關(guān)方案。通過(guò)工程實(shí)踐分析，結(jié)論如下：

a)通過(guò)平衡三相負(fù)荷，可有效解決臺(tái)區(qū)三相不平衡帶來(lái)的變壓器及線路損耗問(wèn)題，提高整個(gè)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率，降低損耗，節(jié)約能源，打造經(jīng)濟(jì)、可靠、堅(jiān)強(qiáng)智能的配電網(wǎng)絡(luò)。

b)快速換相開關(guān)平衡三相負(fù)荷方案較其他技術(shù)方案具有明顯優(yōu)勢(shì)?？焖贀Q相開關(guān)通過(guò)源頭解決負(fù)荷不平衡問(wèn)題，維護(hù)簡(jiǎn)單，綜合成本低。同時(shí)數(shù)學(xué)推導(dǎo)及仿真結(jié)果表明，其降損效果較其他方案更為顯著。

c)典型臺(tái)區(qū)三相不平衡治理后，臺(tái)區(qū)線損率平均降低15%～20%，全年可以節(jié)約萬(wàn)余度電量，減少約0.35 t碳排放量。按廣東電網(wǎng)適宜治理臺(tái)區(qū)配變基數(shù)，考慮不同臺(tái)區(qū)配變?nèi)萘颗渲脭?shù)量，通過(guò)三相不平衡技術(shù)降損，每年可挽回直接經(jīng)濟(jì)損失約5～6億元；集中治理好城中村三相不平衡問(wèn)題，每年可挽回經(jīng)濟(jì)損失約3億元。