末端臺(tái)區(qū)現(xiàn)狀

末端臺(tái)區(qū)的電能質(zhì)量問(wèn)題以低電壓、無(wú)功、三相不平衡等為主。“低電壓”現(xiàn)象的根本原因在于電網(wǎng)供電能力不足，其治理的方向可以從兩個(gè)方面入手：

（1）進(jìn)行電網(wǎng)改造和擴(kuò)容，采取增建或擴(kuò)建變電站、增大配變?nèi)萘?、拆分配變臺(tái)區(qū)、縮短供電半徑、改造低壓線路、增大低壓線徑等手段，以直接提升電網(wǎng)的供電能力;

（2）采取技術(shù)措施，提升電網(wǎng)的無(wú)功功率就地平衡能力、線路的局部電壓調(diào)節(jié)能力和三相電流的平衡度，以間接提升電網(wǎng)的供電能力。

因而基于就地平衡配變負(fù)荷側(cè)無(wú)功功率和調(diào)節(jié)配變負(fù)荷側(cè)三相不平衡電流的方法來(lái)提升配變的帶負(fù)荷能力，提高380/220v低壓供電線路電壓的合格率，解決用戶(hù)側(cè)的“低電壓”問(wèn)題，同時(shí)具有降低網(wǎng)耗、實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的良好效果。

 

三相不平衡的危害

目前，在國(guó)家電網(wǎng)公司中、低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中，三相負(fù)荷系統(tǒng)是隨機(jī)變化的，這些負(fù)荷會(huì)使配電系統(tǒng)產(chǎn)生三相不平衡，三相負(fù)荷不平衡會(huì)導(dǎo)致供電系統(tǒng)三相電壓、電流的不平衡，引起電網(wǎng)負(fù)序電壓和負(fù)序電流，影響供電質(zhì)量，進(jìn)而增加線路損耗，降低供電可靠性。三相不平衡系統(tǒng)向量如圖。

不平衡系統(tǒng)的影響具體表現(xiàn)在：

1) 三相負(fù)荷不平衡將增加變壓器和線路損耗，通過(guò)理論計(jì)算可以證明最大不平衡時(shí)的變壓器損耗是平衡時(shí)的3倍，線路損耗是平衡時(shí)的6倍；

2) 三相負(fù)荷不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過(guò)大，容易造成繞組和變壓器油的過(guò)熱。導(dǎo)致繞組絕緣老化加快和油質(zhì)劣化，迅速降低變壓器壽命（溫度每升高8℃，使用年限將減少一半），甚至燒毀繞組；

3) 三相負(fù)荷不平衡時(shí)重負(fù)荷相電流過(guò)大，可能造成該相導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等部件溫度直線上升，以致燒斷、燒壞。且由于中性線導(dǎo)線截面一般小于相線截面，考慮到電網(wǎng)中零序諧波電流的存在，中性線燒斷的幾率更高；

4) 三相負(fù)荷不平衡運(yùn)行會(huì)造成變壓器零序電流過(guò)大，在變壓器的油箱壁或其他金屬構(gòu)件中引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常升高，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故；

5) 低壓電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡會(huì)引起高壓側(cè)對(duì)應(yīng)相電流過(guò)大，導(dǎo)致高壓線跳閘停電，引發(fā)大面積停電事故，同時(shí)變電站的開(kāi)關(guān)設(shè)備頻繁跳閘將降低使用壽命；

6) 三相不平衡時(shí)漏電電流就不會(huì)為零。當(dāng)量值接近或大于漏電保護(hù)器的額定動(dòng)作電流I△n時(shí)，將引起總保護(hù)頻繁動(dòng)作，甚至根本送不上電，嚴(yán)重影響漏電總保護(hù)的運(yùn)行率；

7) 三相負(fù)載不平衡時(shí)運(yùn)行，其各相輸出電流就不相等，為避免單相過(guò)電流，變壓器必須容量降額使用，同時(shí)由于其配變內(nèi)部三相壓降不相等，這必將導(dǎo)致配變輸出電壓三相不平衡。負(fù)載重的一相電壓降低，而負(fù)載輕的一相電壓升高，容易造成電壓高的一相接帶的用戶(hù)用電設(shè)備燒壞，而電壓低的一相接帶的用戶(hù)用電設(shè)備則可能無(wú)法使用。

8) 大量的變頻設(shè)備、整流設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的大量諧波負(fù)荷，在嚴(yán)重導(dǎo)致電網(wǎng)失衡的同時(shí)，嚴(yán)重影響其他電網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行甚至導(dǎo)致電網(wǎng)供電和用電設(shè)備損壞。

傳統(tǒng)的解決方案

目前市場(chǎng)上的三相電流平衡設(shè)備，主要有兩大類(lèi)：改變負(fù)荷接入相位法和加裝補(bǔ)償裝置法。

其中改變負(fù)荷接入相位需要通過(guò)人工改線或換相開(kāi)關(guān)進(jìn)行，負(fù)荷接入相位的改變避免的要產(chǎn)生短時(shí)停電，因此這種方法的推廣一般主要用于對(duì)供電可靠性要求不高的農(nóng)村地區(qū)。

加裝補(bǔ)償裝置，特別是大功率三相有功平衡設(shè)備仍然以無(wú)源無(wú)功補(bǔ)償裝置（分補(bǔ)）為主，且主要應(yīng)用于低壓范圍。由于無(wú)源無(wú)功補(bǔ)償裝置本身有很大缺陷，不能達(dá)到最優(yōu)化的不平衡要求。利用增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置或者消弧線圈來(lái)處理低壓配電網(wǎng)的三相不平衡問(wèn)題的效果并不理想：增設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行電壓調(diào)整時(shí)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致諸如諧波放大等其他問(wèn)題的產(chǎn)生，使補(bǔ)償效果不夠理想。而加設(shè)消弧線圈，雖然可以使容性電流得以減小，但是該方法可能加大三相不平衡度。

有源新型方案

動(dòng)態(tài)有源三相平衡裝置是隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展起來(lái)的高科技裝備。與無(wú)功補(bǔ)償裝置相比，動(dòng)態(tài)有源三相平衡裝置具有有功轉(zhuǎn)移、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、與系統(tǒng)不諧振等優(yōu)勢(shì)。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，動(dòng)態(tài)有源三相平衡裝置的成本逐漸下降，其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、強(qiáng)大功能、更高的適應(yīng)性、更簡(jiǎn)單的安裝方式，必將最終取代無(wú)功補(bǔ)償裝置占據(jù)市場(chǎng)主流。

有源型方案的主要工作原理為相間電流轉(zhuǎn)移。如圖3，在某一時(shí)刻，電流較大的一相（C相）通過(guò)IGBT動(dòng)作，將能量存儲(chǔ)于直流側(cè)的電容中，在另一時(shí)刻，電流較小的相線（B相）通過(guò)導(dǎo)通IGBT，將能量釋放。此過(guò)程在20kHz的IGBT模塊的動(dòng)作下，以上過(guò)程均在較短時(shí)間內(nèi)完成。此過(guò)程可理解為基于基波正序電流檢測(cè)的補(bǔ)償法。該補(bǔ)償手段是利用四相功率調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)采用坐標(biāo)變換的運(yùn)算方式，實(shí)現(xiàn)無(wú)功和有功的解耦控制，分別控制無(wú)功和有功的不平衡補(bǔ)償。

以上過(guò)程亦可以理解為，任何系統(tǒng)的工作電流可以看成是由正序、負(fù)序、零序的疊加，正序分量是系統(tǒng)是保持三相系統(tǒng)平衡的支撐，而負(fù)序、零序分量是造成不平衡的因素，因此有源型三相不平衡電能質(zhì)量裝置是對(duì)負(fù)序和零序進(jìn)行濾除達(dá)到保留正序分量實(shí)現(xiàn)三相平衡的目的。

 

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