吳 勝

（蘇州三新供電服務(wù)有限公司常熟分公司虞北業(yè)務(wù)所，江蘇 常熟 215500）

0 引 言

在電力資源覆蓋面逐漸擴大的環(huán)境下，電力用戶對其要求更高，低壓配電問題成為電力企業(yè)亟待解決的問題[1]。低壓配電過程中，三相功率、電壓、電流等方面的不均衡問題是導(dǎo)致用戶電壓偏低的主要原因。不平衡的原因在于用電負荷時空分布不均衡，每個用電用戶的單向負荷均具有隨機性，無法保證負荷功率相同[2]。在接入電壓電流時，中性線上會存在較大的電流，對于母線的損傷較大[3]。除此之外，低壓臺區(qū)三相不平衡現(xiàn)象還會使負荷重載，出現(xiàn)臺區(qū)變壓器線損增加的危害[4]。本文設(shè)計了基于大數(shù)據(jù)分析的低壓臺區(qū)三相不平衡治理方法，為電力企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展提供建議。

1 低壓臺區(qū)三相不平衡治理方法設(shè)計

1.1 度量三相不平衡電壓基波分量

不均衡電壓、電流基波分量是三相不平衡度量的關(guān)鍵指標[5]。本文將三相不平衡度用負序電壓與正序電壓的比值來表示，公式為

式中：Ua為電壓基波分量；U2為負序電壓值；U3為正序電壓值；U1為電壓的正序分量；χ為相量旋轉(zhuǎn)算子；ε為相角旋轉(zhuǎn)算子；δ為三相不平衡度指標[6]。根據(jù)此度量公式，本文繪制出的三相負載等效電路如圖1所示。

圖1 三相負載等效電路

根據(jù)圖1，電壓的正序分量U1的相角為0°，負序電壓值U2的相角為-120°，正序電壓值U3的相角為120°[7]。此三相負載等效電路中的電阻R相同，在M=S1=S2=S3時，K與C為負載等效情況。此時，電路中電壓相位信息更容易獲取。

1.2 基于大數(shù)據(jù)分析計算三相不平衡周期平滑系數(shù)

三相不平衡平滑系數(shù)是在歷史電流周期數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對未來電流進行預(yù)測的系數(shù)。在度量出三相不平衡電壓基波分量之后，利用大數(shù)據(jù)計算出三相不平衡周期平滑系數(shù)，可以有效地調(diào)配電壓負荷，使電流處于低壓平衡的狀態(tài)[8]。以配電變壓器運行1周為1個周期計算，利用大數(shù)據(jù)分析深度挖掘出此周期下的平滑系數(shù)為

式中：Kiγ為第i個時刻的三相負荷平滑系數(shù)；γ為初始平滑系數(shù)；Iγn為第n個周期下的電流數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果；Iγ為配電變壓器負荷的預(yù)測電流值；Ki2γ為經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析之后形成下1周期的平滑系數(shù)[9]。當三相含中性線的配電線路中存在零序分量時，線電壓的平衡時間為

考慮到三相負載電壓相差不多，各個線路的電壓大小偏差較小。在Kiγ=Ki2γ時，三相電壓處于平衡狀態(tài)時的有效值偏差較小，可以抑制三相電壓不平衡現(xiàn)象。

1.3 構(gòu)建低壓臺區(qū)三相不平衡補償模型

為了實現(xiàn)低壓臺區(qū)三相不平衡的高效治理，本文以三相不平衡平滑系數(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建低壓臺區(qū)三相不平衡補償模型。低壓無功補償主要是對負載兩端進行無功補償，將三相負載同時接入補償裝置中，當一個負載功率偏低時，電路中的功率通過換相的方式將電壓與電流平衡，保證三相平衡效果[10]。三相不平衡自動換相簡圖如圖2所示。

圖2 三相不平衡自動換相簡圖

圖2中：U0為初始電壓；I0為初始電流。本文將換相后的三相不平衡度作為最小目標函數(shù)，由此得出補償模型表達式為

式中：I1、I2為換相過程中的負荷電流。在三相不平衡補償過程中，配電變壓器的低壓側(cè)采取不接地的形式，三相負載的電流負荷直接從I1轉(zhuǎn)移至I2，再從I2轉(zhuǎn)移至I0，進而實現(xiàn)不平衡補償?shù)男Ч?，提高三相不平衡治理水平?/p>

2 實例分析

2.1 臺區(qū)概況

為了驗證本文設(shè)計的治理方法是否具有實用價值，本文以S臺區(qū)為例對上述方法進行實例分析驗證。S臺區(qū)公變?nèi)萘繛?20 kVA，供電用戶約180戶，供電半徑約440 m。S臺區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)變壓器低壓供電的情況，三相不平衡問題嚴重，影響了周圍居民的正常用電生活。因此，使用本文設(shè)計的基于大數(shù)據(jù)分析的低壓臺區(qū)三相不平衡治理方法，對S臺區(qū)的相關(guān)問題進行治理。本文隨機選取全天的10:00 —22:00的配電變壓器運行數(shù)據(jù)，電容器電容投切情況如表1所示。

表1 電容器電容投切情況表

如表1所示，全天10:00 — 22:00的配電變壓器運行過程中，發(fā)生三相不平衡的動作共7次，分別為10:00、12:00、14:00、16:00、18:00、20:00 以 及 22:00。其中，全天中存在有功負荷與無功負荷2種曲線，如圖3所示。

圖3 負荷曲線

圖3中有功負荷曲線的負荷容量在1.3×104～2.8×104kVA的范圍內(nèi)波動，無功負荷曲線的負荷容量在1.0×104～2.2×104kVA的范圍內(nèi)波動。在10:00與21:00處，有功負荷曲線與無功負荷曲線出現(xiàn)融合。也就是說，10:00與21:00處電容補償量進行了等值融合。由此得出，10:00與21:00時刻的配電變壓器損耗與投切次數(shù)的關(guān)系如圖4所示。

根據(jù)圖4，10:00與21:00時刻的配電變壓器損耗量均會隨著投切次數(shù)的增加而減少。在投切次數(shù)為35次時，配電變壓器的損耗在1 000～1 500 kVA左右，可以符合電容器配置需求。

2.2 應(yīng)用結(jié)果

在上述條件下，本文選取1 000～8 000 kVA的無功補償容量。計算出低壓臺區(qū)治理前的三相不平衡度和使用本文設(shè)計的基于大數(shù)據(jù)分析的低壓臺區(qū)三相不平衡治理方法后的三相不平衡度，將二者進行對比，具體應(yīng)用結(jié)果如表2所示。

表2 應(yīng)用結(jié)果

在長時間的低壓配電過程中，低壓臺區(qū)的三相不平衡度在42.18%～75.43%的范圍內(nèi)波動，并且隨著無功補償容量的增加，三相不平衡度隨之減少。當無功補償容量為1 000 kVA時，三相不平衡度為75.43%；當無功補償容量為8 000 kVA時，三相不平衡度為42.18%。無功補償容量越多，三相不平衡治理效果越好。

使用本文設(shè)計的基于大數(shù)據(jù)分析的低壓臺區(qū)三相不平衡治理方法，對S臺區(qū)進行綜合治理。使用本文設(shè)計的治理方法之后，不平衡度大幅度下降。在長時間的低壓配電過程中，不平衡度在12.16%～22.61%的范圍內(nèi)波動。當無功補償容量為1 000 kVA時，三相不平衡度為22.61%；當無功補償容量為8 000 kVA時，三相不平衡度為12.16%。治理之后的三相不平衡度均在30%以內(nèi)，低壓臺區(qū)三相不平衡情況可以忽略不計。因此，使用本文設(shè)計的治理方法，三相不平衡治理效果較佳，符合本文研究目的。

3 結(jié) 論

近年來，電能能源的整體需求量持續(xù)增加，能源利用率與能源開采率不成正比，電能能源出現(xiàn)了大量的浪費。其中，三相不平衡現(xiàn)象日益嚴重，嚴重危害了電力系統(tǒng)運行的安全性。利用大數(shù)據(jù)分析設(shè)計低壓臺區(qū)三相不平衡治理方法，綜合降低三相不平衡度，為電力運行經(jīng)濟性提供基礎(chǔ)保障。