【干貨】低壓配電網(wǎng)三相不平衡治理技術(shù)

       三相不平衡的存在增加了線(xiàn)路的電能損耗，減少了配電變壓器的出力，影響用電設(shè)備的運(yùn)行，針對(duì)這些問(wèn)題，本文詳細(xì)介紹了SVG+換相開(kāi)關(guān)解決方案、SVG+電容解決方案，供大家參考。

      演講提綱：

      1、配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題

      2、配電網(wǎng)三相不平衡治理技術(shù)的行業(yè)背景及解決方案

      3、SVG+換相開(kāi)關(guān)方案

      4、SVG+電容方案

配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問(wèn)題

      低壓配電網(wǎng)是近年來(lái)國(guó)家投資的主要方向之一，其投資主要目的是加強(qiáng)配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性、提高能源的利用率、加強(qiáng)與用戶(hù)的互動(dòng)。低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理問(wèn)題是提高配電網(wǎng)可靠性的保障。

      配電網(wǎng)將會(huì)面臨或已經(jīng)存在的電能質(zhì)量問(wèn)題有以下幾個(gè)：

      單項(xiàng)復(fù)合導(dǎo)致的三相不平衡及設(shè)備利用率降低問(wèn)題。尤其是單向電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)備接入配電網(wǎng)之后，三相不平衡問(wèn)題將會(huì)進(jìn)一步突出。

      分布式能源介入。比如分布式光伏、光伏逆變器會(huì)有一些諧波畸變。

      新型設(shè)備（如儲(chǔ)能變流器、充電樁）會(huì)有諧波特性/諧波疊加的問(wèn)題。如果不同臺(tái)數(shù)的這個(gè)電動(dòng)汽車(chē)充電對(duì)配電網(wǎng)諧波特性的影響也不同，數(shù)量多，諧波就大，數(shù)量少諧波就少。

      電網(wǎng)側(cè)接入不同的濾波電路，增加電網(wǎng)的融性特性。大多數(shù)電力電子產(chǎn)品都會(huì)有高頻濾波電路的設(shè)計(jì)。但如果設(shè)備不工作只并網(wǎng)，會(huì)呈現(xiàn)融性。

      沖擊性的負(fù)荷增多。比如煤改電設(shè)備在啟動(dòng)瞬間會(huì)有很大的沖擊電流，造成不平衡程度加??；南方地區(qū)（如江浙一帶）會(huì)炒茶的地方，炒茶機(jī)對(duì)電流的沖擊也很大。

配電網(wǎng)三相不平衡治理技術(shù)——行業(yè)背景

      配電網(wǎng)三相不平衡是幾乎所有配電臺(tái)區(qū)普遍存在的一種電能質(zhì)量問(wèn)題。

      定義：三相不平衡是指在三相電力系統(tǒng)中三相電流（或電壓）幅值不一致，且幅值差超過(guò)規(guī)定范圍，造成三相不平衡的主要原因是三相負(fù)荷不均勻，屬于基波符合配置問(wèn)題。

      規(guī)定：按照《配網(wǎng)運(yùn)維規(guī)程》（Q/GDW1519-2014）規(guī)定，配電變壓器的不平衡度應(yīng)符合：Yyn0接線(xiàn)變壓器負(fù)荷不平衡度不得大于15%，零線(xiàn)電流不大于變壓器額定電流的25%；Dyn11接線(xiàn)變壓器負(fù)荷不平衡度不得大于25%，零線(xiàn)電流不于變壓器額定電流的40%。

       低壓配電網(wǎng)中三相負(fù)荷和單項(xiàng)復(fù)合共存。因?yàn)榧彝ブ写蠖鄶?shù)用電設(shè)備（如電飯煲、電腦、洗衣機(jī)、冰箱等）都是單項(xiàng)的，因單項(xiàng)用電負(fù)荷用電行為的不一致性，造成三相不平衡已成為一種常態(tài)。并且居民用電情況受季節(jié)、天氣、節(jié)假日等因素影響，導(dǎo)致三相不平衡情況存在更大的不確定性。

      因此想通過(guò)電工調(diào)相、分配負(fù)荷等管理的手段解決三相不平衡問(wèn)題有一定難度的。

      光伏扶貧、家電下鄉(xiāng)、返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)都會(huì)有影響供電可靠性，包括電壓合格率、斜波電能質(zhì)量問(wèn)題，都已經(jīng)在農(nóng)村電網(wǎng)/低壓配網(wǎng)中浮出水面。

      隨著分布式光伏扶貧政策的落實(shí)，大量分布式光伏電源接入農(nóng)村電網(wǎng)，而無(wú)序接入肯定會(huì)導(dǎo)致三相不平衡度增加；還有很早以前有一些家電下鄉(xiāng)的補(bǔ)貼政策，促進(jìn)了農(nóng)村家電的普及，這也是造成三相不平衡或者電能質(zhì)量問(wèn)題突出的一個(gè)因素；再者是某些地區(qū)有一些回鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)，如在家開(kāi)辦各種小型工廠，使農(nóng)村用電量劇增。

      三相不平衡有哪些危害？為什么要治理三相不平衡？

      ①增加線(xiàn)路的電能損耗。在三相四線(xiàn)制供電網(wǎng)絡(luò)中，電流通過(guò)線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)時(shí)因阻抗問(wèn)題，必定會(huì)產(chǎn)生電能損耗，其損耗與通過(guò)的電流平方成正比。當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)以三相四線(xiàn)制供電時(shí)，由于有單相負(fù)荷存在，造成三相不平，當(dāng)三相不平衡運(yùn)行時(shí)，中心線(xiàn)肯定有電流流過(guò)，因此不但象限上損耗的增加，同時(shí)中心線(xiàn)也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)損耗，從而增加了電網(wǎng)線(xiàn)路的損耗。

      ②增加變壓器的電能損耗。由于三相不平衡有零序電流的存在，會(huì)造成變壓器銅損或鐵損升高，會(huì)增加變壓器的損耗，會(huì)影響變壓器運(yùn)行溫度，造成變壓器使用壽命降低。

      ③減少配電變壓器出力。在設(shè)計(jì)配電變壓器時(shí)，每一相的容量設(shè)計(jì)是一樣的。但三相不平衡運(yùn)行時(shí)，會(huì)將三相的復(fù)合或兩相的負(fù)荷疊加到其中某一相，就可能會(huì)導(dǎo)致其中某一相過(guò)載，而另外兩相或一相根本沒(méi)有負(fù)荷，使變壓器利用率有所降低。

      ④配變產(chǎn)生零序電流。零序電流會(huì)導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生銅損或鐵損，包括磁制或渦流的損耗，造成變壓器絕緣因過(guò)熱而老化或者壽命降低等問(wèn)題，增加變壓器損耗。

      ⑤影響用電設(shè)備正常運(yùn)行。由于三相不平衡的存在，會(huì)導(dǎo)致變壓器電壓中心點(diǎn)偏移，會(huì)造成負(fù)荷較重的一相電壓較低，負(fù)荷較輕的一相電壓較高，因此造成高/低電壓的問(wèn)題：若電壓過(guò)高，可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至是直接損壞；若電壓過(guò)低，可能會(huì)造成設(shè)備的運(yùn)行電流擴(kuò)大，導(dǎo)致過(guò)電流的問(wèn)題。這些都會(huì)用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

       ⑥電動(dòng)機(jī)效率降低。由于三相不平衡產(chǎn)生負(fù)區(qū)磁場(chǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)有一定的制動(dòng)作用，使電動(dòng)機(jī)輸出功率減少，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)效率降低，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的溫升和無(wú)功損耗也會(huì)隨著三相不平衡程度的加大而加大。所以電動(dòng)機(jī)在三相不平衡情況下運(yùn)行是非常不經(jīng)濟(jì)且風(fēng)險(xiǎn)特別高的。

配電網(wǎng)三相不平衡治理技術(shù)——解決方案

      2015年5月22日，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布了《國(guó)網(wǎng)運(yùn)檢部關(guān)于開(kāi)展配電臺(tái)區(qū)三相負(fù)荷不平衡治理問(wèn)題的工作通知》，其中提了三種治理手段：

①換相開(kāi)關(guān)型

②電容器型

③電子電子型產(chǎn)品

綜合三種解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比：

SVG+換相開(kāi)關(guān)方案

      三種解決方案技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但將幾種產(chǎn)品相互組合，可達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用。首先介紹SVG+換相開(kāi)關(guān)方案：

      從上圖可見(jiàn)，SVG在變壓器的出口側(cè)做不平衡補(bǔ)償，換相開(kāi)關(guān)在線(xiàn)路末端做不平衡補(bǔ)償，相當(dāng)于將線(xiàn)路末端與臺(tái)區(qū)出口的不平衡都做了一個(gè)很好的補(bǔ)充，該方案可通過(guò)SVG直接控制換新開(kāi)關(guān)，達(dá)到有效的互補(bǔ)補(bǔ)償。

      優(yōu)點(diǎn)：

      SVG直接對(duì)換相開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，采用換相開(kāi)關(guān)粗調(diào)，SVG微調(diào)的模式，實(shí)現(xiàn)不平衡線(xiàn)性補(bǔ)充；

      SVG產(chǎn)生的功耗與換相開(kāi)關(guān)降低的線(xiàn)路損耗相互抵消，解決了使用SVG增加線(xiàn)損的詬病；

      有SVG的存在，可同時(shí)具備無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理功能，綜合解決臺(tái)區(qū)配變電電能質(zhì)量問(wèn)題；

      既能解決線(xiàn)路上的不平衡，又能實(shí)時(shí)滿(mǎn)足對(duì)三相不平衡考核指標(biāo)的要求；

      可緩解末端線(xiàn)路低電壓?jiǎn)栴}，同事延緩線(xiàn)路老化。

      用SVG+換相開(kāi)關(guān)方案與純SVG型（也就是純電子型），還有換向開(kāi)關(guān)方案進(jìn)行對(duì)比：

      具體解釋一下為什么用30Kvar+6只開(kāi)關(guān)？根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，換相開(kāi)關(guān)在安裝到線(xiàn)路上時(shí)，可以在這重載相上裝3個(gè)，在中載相上裝2個(gè)，在輕載相上裝1個(gè)，這樣可以解決線(xiàn)路末端不平衡的大部分負(fù)荷均衡的問(wèn)題。30Kvar的SVG在臺(tái)區(qū)應(yīng)用中可做一定的線(xiàn)性補(bǔ)償，

     從整體對(duì)比來(lái)看，SVG+換相開(kāi)關(guān)方案性?xún)r(jià)比很高。

     分享一個(gè)案例，以下數(shù)據(jù)是從供應(yīng)公司了解到的：

下圖為電能質(zhì)量分析儀測(cè)量出的數(shù)據(jù)，直觀觀察效果對(duì)比：

下圖從線(xiàn)損方面分析，具體計(jì)算過(guò)程暫時(shí)略過(guò)，可以看到SVG在這一時(shí)刻產(chǎn)生的損耗大概是0.6千瓦，換相開(kāi)關(guān)在這一時(shí)刻降低損耗大概是6000瓦：

綜合來(lái)看，改方案在這一時(shí)刻還可以綜合降低線(xiàn)損5.4千瓦，達(dá)到降低線(xiàn)線(xiàn)路損耗的目的。

SVG+電容方案

      SVG和電容器是安裝在上圖中的架子上，然后整體放到補(bǔ)償室中。原理和SVG+換相開(kāi)關(guān)方案是基本相通：SVG直接對(duì)電容器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)男Ч?/span>

      該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)安裝的尺寸還有控制邏輯。由于補(bǔ)償室空間有限，對(duì)散熱和保護(hù)的要求較嚴(yán)。

     優(yōu)勢(shì)：

     SVG直接對(duì)電容器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性補(bǔ)償?shù)男Ч?，?shí)現(xiàn)高性?xún)r(jià)比；

    不平衡模式下，采用先相間跨接補(bǔ)償電容粗調(diào)后，SVG微調(diào)，實(shí)現(xiàn)了整寄相對(duì)較小功耗；

    控制策略多樣化，可配置共補(bǔ)電容、分補(bǔ)電容以及相間跨接補(bǔ)償電容；

    多參數(shù)協(xié)調(diào)控制功能，如電壓、功率因數(shù)，無(wú)偷竊震蕩、無(wú)補(bǔ)償呆滯區(qū)間；

    SVG產(chǎn)生的功耗與換相開(kāi)關(guān)降低的線(xiàn)路損耗相互抵消，解決了使用SVG增加線(xiàn)損的詬病。

     精彩問(wèn)答

     1：請(qǐng)問(wèn)SVG+換相開(kāi)關(guān)方案與SVG+電容方案的劣勢(shì)分別在哪里呢？還有就是SVG+電容方案價(jià)格會(huì)比SVG+換相開(kāi)關(guān)方案的性?xún)r(jià)比更高嗎？

     答：SVG+電容方案相對(duì)致命的缺點(diǎn)是無(wú)法從線(xiàn)路末端解決不平衡的問(wèn)題，因?yàn)镾VG和電容這兩種方式本身都不能從線(xiàn)路末端解決問(wèn)題。但有價(jià)格較低的優(yōu)勢(shì)。

另外，該方案需要現(xiàn)場(chǎng)有一定的無(wú)功補(bǔ)償需求來(lái)支撐，若現(xiàn)場(chǎng)功率因數(shù)較高，該方案是不適用的。這主要是由于電容器在有功的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生融性無(wú)功，若現(xiàn)場(chǎng)的感性無(wú)功比較小，那就會(huì)造成過(guò)補(bǔ)償，對(duì)電網(wǎng)正常運(yùn)行造成隱患。

      2：SVG+電容方案與SVG+換相開(kāi)關(guān)方案，哪種更安全？

      答：從應(yīng)用的角度上來(lái)講，因?yàn)镾VG+電容方案屬于純并聯(lián)型，即使損壞也不會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響；SVG+換相開(kāi)關(guān)方案屬于串聯(lián)線(xiàn)路，一旦換相開(kāi)關(guān)損壞，就會(huì)對(duì)宮供電質(zhì)量產(chǎn)生影響。換相開(kāi)關(guān)其實(shí)是繼電器形式/金叉管形式/負(fù)荷開(kāi)關(guān)形式的一種開(kāi)關(guān)，這種技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，其功能穩(wěn)定性是有一定保證的。

      3：SVG+電容與SVG+換相開(kāi)關(guān)兩種方案的尺寸相差多少？

      答：這個(gè)尺寸沒(méi)有辦法來(lái)對(duì)比。SVG+換相開(kāi)關(guān)是一個(gè)分布式的應(yīng)用，換相開(kāi)關(guān)要放到線(xiàn)路末端，SVG在變壓器出口用作遠(yuǎn)程控制，例如通過(guò)載波、無(wú)線(xiàn)通信等的方式來(lái)控制換相開(kāi)關(guān)。這兩種產(chǎn)品在應(yīng)用時(shí)有一定距離，是通過(guò)通信方式來(lái)解決控制問(wèn)題，所以這個(gè)尺寸沒(méi)有辦法對(duì)比。