农村配电变压器台区三相不平衡治理措施的研究

农村配电变压器台区三相不平衡治理措施的研究

发表时间：2019-11-08T10:14:31.220Z 来源：《当代电力文化》2019年13期作者：许坤

[导读] 随着国民经济的增长，电网用电负荷的急剧增多，电网中三相不平衡问题也日益严峻。

摘要：随着国民经济的增长，电网用电负荷的急剧增多，电网中三相不平衡问题也日益严峻。三相不平衡产生的原因包括：(1)配电网侧存在大量时空分布不均衡的单相负荷，导致多数配电台区存在不同程度的三相不平衡；(2)用户用电过程中的随机性和不确定性，以及越来越多大功率负载的使用，会加重单相电网的负荷，从而导致三相不平衡本文基于农村配电变压器台区三相不平衡治理措施的研究展开论述。关键词：农村配电；变压器台区；三相不平衡；治理措施的研究

引言

我国农村地区地域广阔，电力用户分布范围较广，这导致了配电台区之间会产生三相负荷不平衡问题，为农村用电用户带来许多安全性的问题。基于此，解决配电台区三相负荷的不平衡度的问题势在必行。配电变压器出口三相不平衡的问题主要体现在终端用户配相自身普遍存在一定的随机性和不确定性，在进行连接之后，负荷终端的用电负荷会呈现大幅度提升。同时，还需要对部分农村小型家庭工厂的用电特征呈现季节性和阶段性的特点进行考虑，阶段性的负荷如果超过了界限数据，且持续时间长，此时体现出的配电变压器出口三相不平衡的问题更为严重。

1配电台区三相不平衡

我国配电网自动化程度低，单相负荷多，尤其农村地区，电力用户繁杂且疏于规划，单相负荷分配不均衡，配电台区存在严重的三相负荷不平衡问题。当前，国内外治理三相负荷不平衡问题的方法主要有：①无功补偿装置投切电容器组；②相间电容转移有功功率；③换相开关装置调整负荷等。其中，静止无功发生器和相间跨接电力电容器等无功补偿装置，没有从根本上解决三相负荷不平衡问题；负荷自动调相装置价钱昂贵且控制终端与换相开关之间通信复杂，难以在配电台区中推广应用；人工调相操作具有一定的延时和滞后性。配电台区三相不平衡治理存在运维成本高，时间滞后等问题。随着科学技术的进步，智能算法发展逐渐成熟，支持向量机（support vector machine,SVM）算法广泛应用在小样本、系统非线性等复杂的情况下，同时克服了神经网络经验风险最小化的局限。Kmeans算法的聚类效果与同类内气象数据的相似度成正比，与类间的相似度成反比关系，同时收敛速度快，实现容易。遗传算法具有强鲁棒性和自适应性，高搜索能力和对目标函数依赖程度低的优点，适合解决换相最优解的问题。基于聚类分析和支持向量机算法的负荷预测可以精确预测出未来一段时间内负荷的用电数据；遗传算法在电力系统最优方案筛选方面的应用更为广泛。然而这些技术在三相不平衡负荷调整方面却鲜有应用。

2三相不平衡的治理思路

为了从根本上解决三相不平衡问题，基于负荷平衡分配的思路，设计了以变频电源为核心的治理方法。该方法不仅能够将某一区域内的负荷调整至最大限度的平衡，而且在调整的过程中保证电网电能质量的稳定性，在负荷不断电的前提下实现相位切换，达到整体平衡。此外，由于三相不平衡度是一个实时的动态变量，因此还需要满足在线性的要求。针对上述需求，基于变频电源的三相不平衡治理研究的总体思路为：在配电台区低压用户侧设置智能管理终端，实时地检测该区域内的三相不平衡度，通过分析得到负载平衡分配时的换相指令；变频电源作为换相装置的核心构成部分，安装在三相电网侧与负载侧之间，通过接收智能管理终端发送的指令执行换相，在整个换相过程中起着至关重要的作用，此外电网控制中心更符合泛在电力物联网中的信息流，对智能电网[7]的建立有着重要作用。其总体结构可分为智能管理终端、三相子结点和换相单元三个层次。智能管理终端设置在低压配电侧的最前端，检测整个低压配电区域内的三相不平衡度；三相子结点为配电台区输出的若干三相分支，下接换相单元连接负载侧，其中换相单元可接若干个负载，并控制负载分配的相位。3目前治理配网三相不平衡负荷主要方法

3.1电容型三相电流自动调节技术

在相线间跨接电力电容器，实现有功功率转移，平衡相间有功功率；同时利用连接在相线与中性线之间的电容器对每一相进行不等量无功补偿，平衡相间无功功率，从而降低三相电流不平衡度，提升功率因数。该技术适合同时存在三相电流不平衡和无功不足状况的线路，能在一定程度上改善变压器出口侧的三相电流不平衡问题，但不能改善低压线路上的三相电流不平衡问题，并且当线路上感性负载不足的情况下，容易出现“过补”现象，降低电能质量。

3.2三相负荷不对称调补

三相负荷不对称调节是解决配电变压器出口三相不平衡的第二主流方法。反常间无功补偿方案主要是协调配电变压器低压侧使用上间无功补偿的三相负载不平衡状态，但该方案的缺点是，只有反常本身的问题得到了一定程度的改善，无法完全解决边电区低压线路的三相负载不平衡。第二种情况主要是将理想的补偿网络和负荷并行连接，从而解决无功补偿和三相负荷不平衡，包括将不平衡、线性和中性点未接地的负荷电荷转换为单位功率相同、负荷平衡的三相活动负荷。但是，该方案也有必须购买并行补偿装置的缺点，购买并行补偿装置并不能完全解决配电变压器出口三相不平衡的问题。因此，电负荷不对称调整方案的特点一般是成本高、难以控制、不可靠，主要应用于处理电负荷配电装置出口处的三相不平衡。

3.3电力电子型三相负荷自动调节技术

包括低电压静态无功补偿装置SVG、有源滤波器APF等，这是一种采用高功率关机电源电子开关技术的电能质量集成控制装置。这些设备根据检测到的无功、负序列、谐波电流、空间矢量脉宽调制(SVP WM)控制方法生成触发脉冲信号，并驱动检测到控制晶闸管输出的无功、负序列、谐波电流大小相同且方向相反的补偿电流，从而全面解决电源区域无功、谐波、电压波动和三相电流不平衡等问题。该技术适用于电力质量要求高或同时存在三相电流不平衡、无功耗不足和谐波超限等问题的客户，但该技术仅改善了变压器出口侧的三相电流不平衡，电力电子设备具有不可避免的传导压力降，因此自耗电量高、噪音大，防雷能力低。

结束语

我国配电网采用三相四线制，正常情况下供电系统处于平衡状态，然而随着用电负荷的变化，配网系统存在严重的无功不足，同时实际配网中存在大量的单相负荷，使得配电台区存在严重的三相不平衡现象。配电台区无功不足，造成系统功率因数低，引起供电损耗和降低配网有功传输；配电台区三相不平衡将造成配电变压器损耗增加，同时造成变压器绕组和变压器油的过热，加快绝缘老化，减少变压器寿命。三相不平衡还会增加线路传输损耗，造成用电效率降低。这些补偿技术治理效果好，能够实现无功连续调节、谐波治理和三相不平