安科瑞 王志彬 18860990280

引言

由于由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量非線性負(fù)載和不平衡負(fù)荷（如LED燈、UPS、變頻器等）以及新的發(fā)電方式與儲(chǔ)能方式的推廣使用（其中有大量的整流與逆變器），出現(xiàn)大量三相不平衡情況，（三相負(fù)載的不合理分配，用電負(fù)荷的不斷變化，對(duì)于配電負(fù)荷的監(jiān)視力度的削弱，斷線故障，接地故障）。引起了增加線路的電能損耗，配電變壓器的電能損耗，配變出力減少，配變產(chǎn)生零序電流，影響用電設(shè)備的安全運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)效率低下，儀表?yè)p壞，功率因數(shù)低下，零序?qū)w發(fā)熱甚至引起火災(zāi)等危害。
為了避免上述情況，1：我們可以將不對(duì)稱負(fù)載分散到不同的供電點(diǎn)，以減少集中連接造成不平衡度嚴(yán)重超標(biāo)的情況:。2：使用交叉換相等辦法使不對(duì)稱負(fù)荷合理分配到各相，盡量使其平衡化。3：加大負(fù)荷接入點(diǎn)的短路容量來(lái)提高系統(tǒng)承受不平衡負(fù)載的能力。但這些方法或因在電路設(shè)計(jì)階段就應(yīng)實(shí)施，或因操作難度較高，或因施工成本過(guò)高，對(duì)部分用戶難承受。
而三相不平衡治理裝置使用并聯(lián)安裝方式安裝在系統(tǒng)電網(wǎng)中，使用模塊化安裝，方便施工整改，設(shè)計(jì)容量時(shí)容錯(cuò)率高（如果容量不夠可增加模塊擴(kuò)容使用），設(shè)備容量有余量的時(shí)候還能進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理，用戶整改時(shí)停電時(shí)間短,等優(yōu)點(diǎn)。

三相不平衡度的計(jì)算

三相不平衡度”其實(shí)有二個(gè)，一個(gè)是三相電壓不平衡度，另一個(gè)是三相電流不平衡度，二者互相影響；
三相電壓不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相電壓的不平衡程度，用電壓負(fù)序分量與正序分量的方均根值百分比表示；測(cè)量時(shí)需要在系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小運(yùn)行方式下，負(fù)荷不平衡度最大的時(shí)候測(cè)量；按國(guó)標(biāo)規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。接入公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不得超過(guò)2.6% 。
三相電流不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相電流的不平衡程度，用最大相電流值減去最小相電流值再除以最大相電流值的百分?jǐn)?shù)表示；
三相電流不平衡度=[（最大電流-最小電流）/最大電流]X100%
三相電流不平衡度一般為電壓不平衡度的4-7倍。如電壓不平衡度為5%時(shí)，電流不平衡度為20%-35%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，5%的不平衡度電壓會(huì)使電動(dòng)機(jī)的損耗增加20%以上。

三相不平衡治理的原理

ANSPC根據(jù)系統(tǒng)電流，進(jìn)行dq坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，提取不平衡分量，三相發(fā)出與不平衡分量大小相等相位相反的電流，將不平衡部分補(bǔ)償?shù)搅悖湍軐⑷嗖黄胶怆娏餍Ｕ扇嗥胶怆娏鳌?

圖一

如圖一所示：隔離開(kāi)關(guān)合閘后，為防止上電時(shí)電網(wǎng)對(duì)直流母線電容器的瞬間沖擊，ANSPC首先通過(guò)軟起電阻對(duì)直流母線的電容器充電，這個(gè)過(guò)程會(huì)持續(xù)幾十秒。當(dāng)母線電壓Udc達(dá)到預(yù)定值后，主接觸器閉合。直流電容作為儲(chǔ)能器件，通過(guò)IGBT逆變器和內(nèi)部電抗器向外輸出補(bǔ)償電流提供能量。ANSPC通過(guò)外部CT實(shí)時(shí)采集電流信號(hào)送至信號(hào)調(diào)理電路，然后再送至控制器。控制器將基波成分分離，提取出所有的諧波電流、無(wú)功電流、三相不平衡電流，將采集到的要補(bǔ)償?shù)碾娏鞒煞趾虯NSPC已發(fā)出的補(bǔ)償電流比較得到差值，作為實(shí)時(shí)補(bǔ)償信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路，觸發(fā)IGBT變換器將補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，完成補(bǔ)償功能。

工作模式

三相不平衡治理裝置是一種用于治理三相不平衡，補(bǔ)償無(wú)功，濾除諧波，提高功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)極補(bǔ)償效果的新型電力電子裝置；智能控制系統(tǒng)主動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)的線性動(dòng)態(tài)需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)有源及無(wú)源模塊的輸出配比；ANSPC整機(jī)主要是由ANSPC模塊并聯(lián)、通訊組成；能完成更大容量的無(wú)功諧波電流的補(bǔ)償，整機(jī)通過(guò)一個(gè)7寸觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。觸摸屏通過(guò)RS485與ANSPC模塊進(jìn)行通信。

招標(biāo)情況與市場(chǎng)趨勢(shì)

近兩年，三相不平衡的治理被越來(lái)越多的人關(guān)注，無(wú)論從國(guó)家電網(wǎng)辦公廳出臺(tái)的文件通知，還是各地市局、省局對(duì)三相不平衡的招標(biāo)情況，三相不平衡已從原始的方式變成現(xiàn)在的智能化、簡(jiǎn)捷化、可靠化的產(chǎn)品。
國(guó)家電網(wǎng)公司近期正在制定《三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置選型與檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》，即ANSPC的國(guó)網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家電網(wǎng)運(yùn)檢三2017 68號(hào)文件中，詳細(xì)闡述了國(guó)家現(xiàn)在對(duì)于治理三相不平衡的重視程度，從工作思路、治理范圍、重點(diǎn)措施及工作要求上詳細(xì)的寫出來(lái)治理的目的、要求，并把現(xiàn)階段的三種方式一一列舉出來(lái)了。由此可見(jiàn)國(guó)家電網(wǎng)公司由以前的倡導(dǎo)到現(xiàn)在“實(shí)打?qū)嵉母伞绷耍?

產(chǎn)品ANSPC特點(diǎn)

1. 模塊化設(shè)計(jì)，方便更換；  
2. 可校正三相電流不平衡到完全平衡；無(wú)功補(bǔ)償可使功率因數(shù)達(dá)到1；可補(bǔ)償13次以內(nèi)低次諧波；補(bǔ)償三相不平衡、濾波、補(bǔ)償無(wú)功可單選或多選，并可設(shè)置功能的優(yōu)先次序；
3. 采用滑動(dòng)窗迭代DFT檢測(cè)算法，計(jì)算速度快，瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間小于0.1ms,裝置補(bǔ)償全響應(yīng)時(shí)間小于10ms；
4. 在現(xiàn)場(chǎng)的CT接線位置可任選負(fù)載側(cè)或電網(wǎng)側(cè)采樣；
5. 采用可靠的限流控制環(huán)節(jié)，當(dāng)系統(tǒng)中的待補(bǔ)償電流大于三相不平衡治理裝置容量時(shí)，裝置能夠自動(dòng)限流在100%容量輸出，維持正常工作，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)載燒毀等故障；
6. 主電路采用三橋臂的三電平結(jié)構(gòu)，輸出波形質(zhì)量高，開(kāi)關(guān)損耗低；
7. 室外安裝方案防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP54，有效防雨。
8. 自帶GPRS通訊，可遠(yuǎn)程遙控開(kāi)關(guān)機(jī)、設(shè)置控制參數(shù)，并按照指定的頻率回傳電網(wǎng)與裝置數(shù)據(jù)到云端，用戶可隨時(shí)查看監(jiān)控電網(wǎng)與設(shè)備的狀態(tài)。
9. 自帶加熱器以及調(diào)速風(fēng)機(jī)，可在極寒冷與極炎熱的室外正常工作。

三相不平衡治理案例

某供電公司農(nóng)網(wǎng)改造

某市供電公司針對(duì)所管轄的配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)存在三相不平衡及無(wú)功問(wèn)題進(jìn)行集中挑檐、匯總分析，并篩選了15個(gè)臺(tái)區(qū)通過(guò)加裝三相不平衡設(shè)備進(jìn)行改造，此次改造采用本公司三相不平衡治理裝置。
對(duì)15個(gè)臺(tái)區(qū)進(jìn)行集中安裝，并成功投運(yùn)，治理設(shè)備主要用于調(diào)節(jié)三相有功不平衡，兼補(bǔ)償無(wú)功.

改造前

改造后

如上圖所示，改造后各相電流峰值明顯比改造前各相電流峰值更接近了，效果良好。

北京煤電改造

為治理霧霾，北京市啟動(dòng)了“煤改電”項(xiàng)目，要求居民從燒煤供暖改成電熱爐供暖，尤其是北京郊區(qū)。煤改電的設(shè)備為單相負(fù)載，工作時(shí)電流很大，會(huì)造成三相不平衡以及電壓跌落，因此需要治理。

安裝現(xiàn)場(chǎng)

效果對(duì)比圖

治理效果

當(dāng)電網(wǎng)三相電流平衡時(shí)，N 線電流基本為零，實(shí)際所測(cè)的結(jié)果也是如此，負(fù)載N 線電流因?yàn)槿嗖黄胶猓?0-150A 之間分布，補(bǔ)償后，電網(wǎng)側(cè)的N 線電流基本降為零，說(shuō)明三相不平衡電流治理效果良好。（其中，序號(hào)9 的肖莊10 號(hào)變的補(bǔ)償效果不如其他臺(tái)區(qū)效果明顯，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時(shí)三相不平衡設(shè)備ANSPC 已經(jīng)達(dá)到50kvar 滿負(fù)荷運(yùn)行，不平衡程度超過(guò)了設(shè)備容量，所以這個(gè)點(diǎn)的補(bǔ)償容量需要繼續(xù)加大。）根據(jù)當(dāng)前補(bǔ)償效果，建議農(nóng)網(wǎng)315 與400 的變壓器都安裝100kvar 的ANSPC 為宜。
總體而言，北京電網(wǎng)應(yīng)用ANSPC 三相不平衡治理裝置改善因煤改電而引起的三相不平衡現(xiàn)象，效果很好，基本都得到了完美的治理，絕大部分的臺(tái)區(qū)的N 線電流基本為零，三相不平衡度基本控制在了1%以內(nèi)。

結(jié)束語(yǔ)

安科瑞三相不平衡補(bǔ)償裝置（ANSPC）集電能監(jiān)測(cè)、設(shè)備保護(hù)、通訊功能于一體，且具有強(qiáng)大的三相不平衡治理能力，在留有余量的情況下還可以繼續(xù)無(wú)功補(bǔ)償與諧波治理，可完美應(yīng)對(duì)各種需三相不平衡治理，功率因數(shù)不夠，諧波畸變率超標(biāo)的場(chǎng)合。其治理效果一則加強(qiáng)了電網(wǎng)的輸配電能力，降低損耗；二則避免了用戶因功率因數(shù)不足而被罰款，為用戶帶來(lái)了極大的經(jīng)濟(jì)效益；三則提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，消除系統(tǒng)諧波，保障了用電設(shè)備的工作精度和使用壽命。由此可見(jiàn)，混合動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置的使用對(duì)供用電雙方都有益，既提高了電能質(zhì)量,保證了設(shè)備運(yùn)行性能和壽命，又創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了雙方的共贏。