配网三相负荷不平衡治理方案和应用,本文是关于配网相关论文如何写和配网和负荷和不平衡相关硕士学位论文范文.
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近年来,随着国民经济飞速发展,电力负荷越来越大,大量单台容量在500～2000 W 大功率单相家用电器进入0.4 kV 配网, 同时由于我国低压配电网大多数是通过10 kV/0.4 kV 二绕组变压器以三相四线制向用户供电[1],即三相生产用电与单相负载混合供电的用电模式；且受用户接入过程中选相管理执行不严格,用户不可控增容等因素影响, 引起大量配变三相负荷分配不均,导致三相不平衡现象普遍存在,对配变台区产生了一系列的影响,主要包括：配变出力降低,电能转换效率下降；增加了配变变压器和线路的损耗；配变台区重载相产生低电压；配变零序电流增大,引起配变运行温度异常升高,危及安全运行[2].因此降低配变台区三相不平衡度,提高配网经济运行水平和供电电能质量迫在眉睫,亟待解决.本文分析了现有三相不平衡治理现状,提出了一种基于三相换相装置的三相不平衡自动调整系统.
1 配网三相负荷不平衡解决方案
1.1 人工换相治理方案
人工换相主要是采用相平衡控制法,其调整策略是选取某配变的若干单相用户,通过人工测量、或用电信息采集系统采集的配变运行数据,通过试错法对低压线路上A、B、C 三相负荷换相操作,使三相负荷达到均衡[3].这种方法虽然成本较低,但工作量大、且需要停电工作,同时又由于负荷的随机性和不确定性,依靠人工调整很难取得较好的效果.
1.2 相间串接电容的调整方案
在两相间跨接电感或者电容可以在两相间转移有功.此种调整方案主要是在相线之间和相线与零线之间串接合适的电感、电容,然后按照一定的控制策略在相线之间和相线与零线之间投切电容、电感来转移相间的有功,平衡三相负荷,降低零线电流.
如图1 所示, 电容C 跨接在A 相和B 相之间,电容C 两端为线电压Uab（Uba）,从A 相看,电容C 的电流Ica超前于Uab 90°, 同时进行矢量分解,分解为垂直于Ua的电容电流Iac和与Ua反向的有功电流Iar,即Iar为Ia的负序分量,相当于A相有功电流减少为Ia-Iar.同理,在B 相将产生一个Ibr的正序分量,即B 相有功电流增大至Ib+Ibr.这样看来, 相当于将A相的电流转移至B相Ib（r Iar）大小的电流,改善了三相不平衡度.
此种方案的不平衡调节能力主要取决于低压配电网的功率因数, 当功率因数小于0.75 的时候,调整效果较好,大于0.75 的时候,由于在调整三相电流时,会发生无功穿越,导致调整效果不理想, 而且目前低压系统感性无功较少,功率因数较高,故不平衡调节能力一般.
1.3 SVG 的三相不平衡自动调整方案
静态无功发生器（SVG）基于大功率换流器,以电压型逆变器为核心, 直流侧采用直流电容为储能元件以提供电压支撑, 在运行时相当于一个电压、相位和幅值均可调的三相交流电源,能够动态补偿系统无功, 同时具备调整三相电流的作用[4-5].调整三相电流不平衡原理图,如图2 所示.
SVG 开启后,通过外接的电流互感器实时检测系统电流,并将系统电流信息发送给内部控制器进行分析处理,以判断系统是否处于不平衡状态,同时计算出达到平衡状态时各相所需转换的电流值, 然后将信号发送给IGBT 并驱动其动作, 将不平衡电流经交—直变换储存于电容中,再经直—交变换将储存的电流转移到电流小的相别,实现三相平衡.
SVG 一般安装在配变低压侧,可以精细补偿某相电流,使配变的三相总线电流平衡,但无法解决负荷侧的三相不平衡,同时由于内部有大量的电力电子器件,设备自身损耗大[6].
基于以上配网三相负荷不平衡研究现状,结合0.4 kV 配电网分支线多的特点, 本文提出了三相自动换相装置系统,解决配网台区三相负荷不平衡问题.
2 三相自动换相装置的配网三相负荷不平衡治理方案
2.1 基本原理
三相自动换相装置是基于相平衡控制算法,通过自动切换用户的相序,来改善三相电流不平衡度[7].三相自动换相装置系统的核心是台区控制终端,实施主体是三相换相装置.台区控制终端负责收集配变低压侧三相电流数据,进行分析计算,按照最优三相不平衡控制策略（最少的开关动作次数获取最优的三相不平衡度）,命令三相换相装置进行相序切换操作, 调整三相负荷,改善三相不平衡度,三相换相装置按照“过零投切”, 顺序换相的原则进行支线相序的变换.
2.2 三相换相装置原理
图3 为三相换相装置原理图,分支线L1,L2,L3 分别通过继电器K1,K2,K3 与A、B、C 三相连接,在进行换相切换时,以ABC、BCA、CBA 的顺序,按照“出线电流过零切除,进线电压过零投入”的原则,依次投切相应的继电器,最终实现相序的顺序转换.为确保在投切过程中的安全性,继电器在投切时, 先在临近零点时投入一台,然后在等电位投入另一台.例如要实现ABC 向BCA 相序转换, 则L1断开K1, 接通K2,L2 断开K2,接通K3,L3 断开K3,接通K1,即可实现相序转换.
2.3 换相计算
按照配变台区的接线布置情况,台区总线上每一相的电流可由式(1)计算得出：
ＩＡ＝Ｉ１Ａ＋Ｉ２Ａ＋Ｉ３Ａ＋∧ＩＮＡ
ＩB＝Ｉ１B＋Ｉ２B＋Ｉ３B＋∧ＩＮB (1)
ＩC＝Ｉ１C＋Ｉ２C＋Ｉ３C＋∧ＩＮC
三相换相装置安装在配电台区各分支线与主线“T”接点处,每一个分支线相序3 种排列方式（ABC,BCA,CBA）, 若配变台区有N 个分支线,则共计有3n 种组合顺序,同时计算A 相、B相、C 相电流平均值和三相不平衡计算公式,按照最接近或小于15%三相不平衡的原则, 以开关动作数量最少实现最小的三相不平衡度进行控制.
2.4 理论计算
假设台区有8 条分支线,选择5 条分支线安装5台三相智能综合箱,则每一相的换相组合如表1所示.
由表1 可知,5 路分支的排列组合方式共有3×3×3×3×3 等于 243种组合方式.
以三条分支线为例,A1等于95 A,B1等于60 A,C1等于30 A；
A2等于75 A,B2等于40 A,C2等于30 A；A3等于100 A,B3等于75 A,C3等于40 A.
由公式
IA 等于A1+A2+A3
IB 等于B1+B2+B3
IC 等于C1+C2+C3
3#####"#####$,可知,未投入装置前,IA 等于270 A,IB 等于175 A,IC 等于100 A,三相电流不平衡度为48.62%,见表2.投入装置后,按照表3所示的最优组合顺序, 使得A、B、C 三相电流分别为IA 等于190 A,IB 等于180 A,IC 等于175 A,三相电流不平衡度为4.58%,较未投入装置前降低了44.04%.
2.5 相序转换策略
为消除因三相换相引起电机反转、中断供电等问题,保证换相装置安全可靠运行,在三相投切过程中找到最近的“零点”进行“过零投切”和双继电器配置,同时将投切时间控制在20 ms 以内,具体投切动作和时间,如图4.
由图4 可以看出,断电开始到上电结束时间为16.5 ms,且在电压过零时进行投切.
2.6 换相装置安装原则
基于本三相不平衡治理方案的原理,安装的换相装置越多,则调整的效果越好,最优可以使三相负荷不平衡率达到5%, 但当三相负荷不平衡度小于15%时,三相电流不平衡引起的配变出力降低、损耗变大、台区低电压等问题可以大幅度改善,考虑到投资效益和调整治理效果,实际安装中不必每一个分支都安装三相换相装置,换相装置的安装最少数量可以由式(2)计算得知,且每一个台区三相换相装置的安装数量不得少于分支线数量的1/2.
4 结论
本文分析了现有三相不平衡治理装置的工作机理, 同时结合0.4 kV 配电网分支线多的特点,运用了排列组合的基本算法,提出来基于三相换相装置的三相不平衡自动调整系统,并开展实际应用,取得了较好效果.但此方案在分支线较多的0.4 kV线路中使用时投资较大,且换相装置的可靠性对供电可靠性会产生一定影响,需要进一步研究.
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