配电网三相不平衡治理综述

配电网三相不平衡治理综述

荣展晖

株洲中车时代电气股份有限公司 湖南省株洲市 412000

摘要：当前信息技术、电子技术和新能源快速发展，加上分布式能源和储能大量接入，在这样背景下，对于配电网供电安全性、可靠性和电能质量有越来越高的要求。配电网电能质量会在一定程度上受到三相不平衡影响，尤其是在中低压配电网中，为保证配电网稳定运行，并获得良好电能质量，需要采取合理的策略治理三相不平衡问题。

关键词：配电网；三相不平衡；治理策略

如果电力系统中的三个相量大小不同、频率不同，但互相成120度时，则呈现为系统三相不平衡，主要分为两大类，分别是事故性不平衡以及正常性不平衡。导致三相不平衡出现的原因有以下几种：（1）没有均匀的负载分配；（2）用电负荷变化情况难以预测；（3）进入新型单向的大功率负荷；（4）采集装置、计量问题、季节性因素、窃电、断线故障以及临时用电等外力因素。因为三相不平衡时会产生零序分量和负序分量，导致许多问题出现，例如线路损耗增加、影响用电安全、配电变压器损耗增加、电动机效率难以提升、通信质量受影响等，此外，也会影响计量仪表精度，为避免这些问题出现，需采取合理措施治理配电网三相不平衡问题。

一、配电网三相不平衡控制算法

（一）相平衡算法

相平衡算法又被叫做平均负荷分配法，其主要原理是以预估的每一相供电功率为基础来调整，以此减小整体三相不平衡度。当前智能电网发展速度较快，配电网中接入了很多智能仪表及传感器，可保证实时获得电力系统中的数据。现阶段配电网经常应用相平衡算法对三相系统中存在的单相供电中不均匀分配现形符合的问题，目前应用这一算法可明确低压负载在线自动换相措施。投入成本低是这一算法的优势，但用户不同时段用电情况不同，很难进行负荷分配的随时调整，实际上难以达到期望的效果^[1]。

（二）补偿算法

1、以对称分量法为基础的补偿方法

基于在线三相三线制不平衡系统补偿理论提出运用对称分量法分解不平衡电流为正序、零序和负序，以此及算出每相需要补偿的导纳值，这样能够解决受负载导纳表示补偿导纳的影响很难被测量问题。此外，基于此测量瞬时电流以及电压值、计算无功及有功功率平均值，以此获得需补偿导纳，前者具备相应附加条件，即为抽样时间为三相电压过零变正时，虽然后者没有特别要求采样时刻，但是很难测量和实现电流量及电压量的相量形式。

2、以瞬时无功功率理论为基础的补偿方法

这一理论主要是研究三相电路中各相电压以及电流瞬时值向两项正交坐标上的转换情况，这可解决原本三相电压不对称影响及采样延时等问题，并且能够为平衡三相四线制系统提供新思路。对负载瞬时功率值进行检测和计算，对其有功功率直流分量进行分解，同时转换为电流指标，构成补偿指令控制算法。

3、以同步对称分量为基础的补偿方法

该方法是在出现电源电压畸变时，通过电网三相正序电压作为同步参考坐标，获得电网所需补偿导纳值^[2]。此外，在不是三相电压正序对称时，可分解不平衡复杂为单向负载和平衡负载，修正以往的平衡化方法，以此获得相应补偿量。

其中应注意以上控制算法还存在不足，以对称分量法为基础的补偿方法只能应用在线性三相三线制的系统中，不适合应用在三相四线制的系统中。除此之外，有的控制算法计算量较大，会对系统响应速度产生影响，为了更好的补偿三相不平衡系统，需要研究出更准确、可靠的算法。

二、配电网三相不平衡检测和治理措施

（一）换相投切符合

1、人工换相

人工换相需使用相平衡的控制算法，选择某配变中的一些单向用户，采集并分析智能仪表、用电信息采集终端之中的实时数据。相关人员根据分析数据结果、调解经验使用试错法平均分配低压线路中的各相符合。尽管人工换相支出成本低，但需要做大量准备工作，需投入大量人员，有着较大工作量，会提升人力成本，并且因为负荷具有不确定性和随机性，只靠人工换相法难以实时在线调节负荷，无法达到预期理想效果，并且会产生安全隐患。

2、自动换相

自动换相装置也是以相平衡控制算法为依据，对用户的相序进行自动切换，减小系统三相不平衡度。该装置组成部分有在线自动换相装置以及综合控制终端，低压负荷的在线自动换相电路示意图如下图1所示。自动换相装置不平衡检测方法主要是利用综合控制终端对三相线电流、零线电流进行采集，结合控制器内置算法将配电变压器的三相不平衡度计算出来，实现优化分析计算，接着将换相调节最优指令发出，对在线自动换相装置的操作进行控制。当前国内最快的开关切换时间为1s，换相时会使用户出现瞬时停电的情况，从而对于配变台区功率因数超出0.9、没有较强电压敏感度的用户节点，可进行三相不平衡自动换相器的安装。为了使自动换相器得到更合理的应用，需要优化换相策略，合理选择用户节点。

图1 低压负荷的在线自动换相电路示意图

（二）附加不平衡补偿装置

该装置主要是进行用电负荷不对称补偿，并联一个理想的补偿网络和负载，如下图2所示，实现不平衡三相负荷无功补偿，将不平衡三相负荷转变为功率因数为1的三相有功负荷，其中还需要结合补偿算法获得补偿导纳。除此之外，该装置能够在配电变压器低压侧利用附加相间无功补偿装置对配变三相不平衡状况进行调整，这只能使配变问题得到一定的改善，无法解决低压线路三相负荷不平衡问题。当前可利用在电网中并联的电流互感器进行线路电流大小的实时监测，安装自动记录不平衡电量装置，同时进行各条配电线路和多点的测定，以此明确配电母线不平衡的电压变化情况，同时做好相应补偿。

图2 附加补偿装置三相不平衡系统的无功补偿示意图

结束语

本文对配电网三相不平衡问题进行讨论，主要是总结现有控制算法以及不平衡治理措施，望通过本文的分析对后期相关内容研究及实践提供一定参考，合理治理配电网三相不平衡问题，保证电网平稳运行，向用户提供安全、可靠地电能。

参考文献：

[1]黄倩,袁旭峰,向治华,袁勇,陈明洋,徐腾. 配电网三相负荷不平衡治理综述[J]. 节能技术,2019,37(06):549-556.

[2]徐梦婵. 配电网三相不平衡的定义及治理综述[J]. 新型工业化,2018,8(05):35-44.