电能质量综合优化装置(MEC)在三相不平衡配电网中的应用

何 建，熊 超，李大成，张 帆，张 元，荣守松

（1.国网冀北节能服务有限公司，北京 100053；2.山东电工电气集团 新能科技有限公司，济南 250101）

电能质量综合优化装置(MEC)在三相不平衡配电网中的应用

何 建1，熊 超1，李大成1，张 帆2，张 元2，荣守松2

（1.国网冀北节能服务有限公司，北京 100053；2.山东电工电气集团 新能科技有限公司，济南 250101）

1 目前配电网存在的主要问题

1.1 功率因数低

随着人们生活水平的提高和家用电器的普及，电动机、压缩机等旋转设备和电力电子装置获得广泛应用，此类设备无功需求大，并产生大量高次谐波电流，造成整个低压电网的功率因数很低，约在0.65～0.70之间，导致线损较高，对工业用户来说，将因功率因数低而产生额外的无功罚款。

1.2 电压合格率低

随着供电半径的增大，在线路上会产生很大的电压降，通常农网末端用户电压低，设备无法正常运行；而城市电网在夜间负荷较轻时，由于电缆的大量采用，又会出现电压偏高问题；同时配变的时段性负荷峰谷变化对电压影响显著，因负荷变化引起日电压差可超过50 V，也是电压不合格的重要原因。电压过低的危害:设备无法正常工作，烧毁电动机，增大线损，降低输送能力等；电压过高的危害:增加配变损耗，产生谐波，影响用电设备寿命等。

1.3 三相不平衡严重

在我国的城乡配电网中，主要采用三相四线制的配电方式。由于低压电网是三相生产用电与单相负载混合用电的供电网络，而且单相用电的不同时性、临时性等问题，导致低压电网的三相不平衡问题一直十分突出，难以通过固定调配负荷的方式解决。三相负荷不平衡及中性线电流的存在，大幅增加线路和配变损耗；零序电流的存在，将使配变的钢构件局部温度升高发热。配变的绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低，严重时导致变压器发热烧毁。

2 三相不平衡主要解决方案评析

传统的三相不平衡解决方案主要有以下几种:一是均匀分布负荷；二是组合调整电感、电容；三是加大短路容量。由于用电户负荷大小不同和用电时间的不同，所以，电网中三相间的不平衡状况毫无规律性，也无法事先预知，导致了低压供电系统三相负载的长期性不平衡。对于三相不平衡电流，电力部门除了尽量合理地分配负荷之外几乎没有什么行之有效的解决办法。

新型三相平衡技术——MEC电能质量综合优化装置，有效地解决了这个难题，该装置具有在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流的作用。其理论结果可使三相功率因数均补偿至1，三相电流调整至平衡。实际应用表明，可使三相功率因数补偿到0.99，使三相电流不平衡度调整至10%以内。

电能质量综合优化装置（MEC）可应用于配电网、居配工程、节能改造以及工业用户等场合，其优势主要体现在功能全面和节能效果突出。功能性方面主要表现为MEC对电能质量的综合治理，对于配变存在功率因数低、三相不平衡等问题的台区能够进行综合治理；节能性方面主要体现在MEC通过提高配变功率因数、减小三相不平衡度（可控制在国标要求范围内）等手段大大减少台区运行的损耗，有效提升经济性。

3 MEC工作原理

电能质量综合优化装置（MEC）的基本原理就是将自换相桥式电路通过电抗器并联在电网上，适当调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的电流，实现优化电能质量的目的。其工作原理如图1。

图1 MEC工作原理

MEC本质为一可控电流源，快速响应系统中负荷的变化，通过采样负载，主动控制输出电流的大小、频率和相位，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，既补无功又补不平衡。具有响应速度快、无功无级补偿、安装灵活、方便扩展、占地面积小等特点，能够很好地满足用户的需求。

配电网电能质量综合优化装置（MEC）专用于低压配电网系统，可解决大部分低压配电网所存在一系列问题，如:无功损耗问题、三相电流不对称等问题。

4 实例分析

MEC装置可以安装在变压器出口进行集中补偿，也可以安装于负荷侧进行就地补偿，图2为变压器出口集中补偿安装应用示意图。

图2 MEC应用示意图

4.1 应用项目

此次在山东淄博淄川供电公司双杨镇政府南配台区进行MEC试点，变压器容量200 kVA加装1台50 kvar，主要用于对系统的三相不平衡问题、功率因数较低问题进行综合治理。加装电能质量综合优化装置前后治理效果改善明显。为详细对比MEC装置投运前后电能质量改善情况，通过日置（HIOKI）PW3197测试仪对台区配变低压侧MEC投运前后进行了数据采集以及分析对比。其数据及波形对比如图3、图4和图5、图6所示。

图3 MEC投运前数据图

图4 MEC投运后数据图

图5 MEC投运前波形图

图6 MEC投运后波形图

数据对比分析:电能质量综合优化装置MEC能有效解决配网三相不平衡、功率因数较低、电压偏差等问题，保证电压、电流输出波形的平滑稳定。

通过电流数据分析，该台区存在严重的三相不平衡问题。MEC投运前三相电流为66.0 A、36.9 A、25.4 A，中性线电流为30.4 A，三相电流不平衡度为61.5%。A相电流明显高于B、C相，三相不平衡问题非常严重。MEC投运后三相电流调整为40.9 A、40.1 A、39.7 A，三相不平衡度由61.5%下降到2.9%，中性线电流大幅下降，由投运前的30.4 A下降到投运后的8 A，安装电能质量综合优化装置MEC后，有效的解决了配网三相不平衡问题。

通过功率因数数据分析，MEC投运前的三相功率因数分别为0.945、0.972、0.886，总功率因数为0.944，低于国家标准0.95的要求，C相功率因数明显低于A相和B相。MEC投运后的三相功率因数分别为0.998、0.997、0.995，总功率因数为0.997，各相功率因数大大提高并满足国标要求。

通过电压数据分析，MEC投运前三相相电压分别为222.8 V、223.0 V、228.7 V，三相电压最大差值为5.9 V，三相电压偏差较大，变压器重载时容易出现台区末端低电压问题。MEC投运后三相相电压分别为226.0 V、224.6 V、225.7 V，三相电压最大差值为1.4 V，三相电压偏差降低，能有效解决台区末端低电压问题。

4.2 经济与社会效益

（1）经济效益

按照国家电网公司公司颁布的《节约电量电力项目表》中无功补偿应用项目年节约电量计算公式计算本项目的节能量

式中:1.1为负荷波动损耗系数；QC为无功补偿全部投入的容量值，由于MEC输出容量为±50 kvar，无功总容量为100 kvar；C为无功经济当量，本次仍按电容器补偿取值，0.4 kV配电台区无功补偿按0.10取值；tgδ为电容器的介质损耗角正切值，此处为MEC装置的整机功耗，按0.01取值；T为无功补偿装置在最大节电力情况下等效运行时间（h），居民类用户为1 000 h，二班制工业用户或商业用户为3 000～4 000 h。该试点加装无功补偿装置的配电台区主要补偿小工业动力负荷、商业用户及居民负荷，故取1 500 h。

无功节电量=1.1×（100 kvar×0.10-100 kvar× 0.01）×1 500 h=14 850 kWh

（2）社会效益

安装电能质量综合优化装置（MEC）能有效解决配网三相不平衡问题，降低低压配电变压器本身的损耗，提高供电公司的售电收益，使无功达到就地平衡，提高配电变压器的出力和设备使用率。同时，实时改善电压质量，稳定系统电压，提高配电系统的安全可靠性，降低配电网因三相负荷不平衡产生的负序和零序电流，延长配电变压器、继电保护装置和电力设备的使用寿命。

5 结束语

本文研究的电能质量综合优化装置（MEC）在解决三相不平衡问题中效果明显，能够解决各种原因引起的三相不平衡问题，能够实时动态快速调节由于负载不平衡产生的负序电流和零序电流，保证流入电网的三相电流平衡，大提高供用电的电能质量，增加低压配网系统的稳定性，为配网安全可靠性用电打下了坚实的基础。D

［1］ GB/T 12325—2008，电能质量 供电电压偏差［S］.

［2］ GB/T 15543—2008，电能质量 三相电压不平衡［S］.

［3］ DL/T 699—2005，城市中低压配网改造技术导则［S］.

［4］ Q/GDW 462—2010，农网建设与改造技术导则［S］.

Application ofpowerquality comprehensive optimization device in three⁃phase unbalanced distribution network

HE Jian1,XIONG Chao1,LI Da⁃cheng1,ZHANG Fan2,ZHANG YUAN2,RONG Shou⁃song2
（1.State Grid North HebeiEnergy Conservation Service Company,Beijing 100053,China; 2.Shandong Electrical&Electronics Corporation,Ji’nan 250101,China）

针对目前城乡配电网中普遍存在的三相不平衡问题，分析了现状与成因，对比了现阶段主要解决方案的特点，介绍了电能质量综合优化装置(MEC)原理及其在实际台区的应用效果。

低压配网；三相四线制；三相不平衡；电能质量优化

In view ofthe presentthree⁃phase imbalance in ur⁃ban and rural distribution network,the paper analyzed the present situation and the causes,compared the characteristics ofthe current main solution.This paper introduced the power quality comprehen⁃sive optimization principle and its application in the actual area of the device.

low voltage distribution network;three⁃phase four⁃wire system;three⁃phase imbalance;powerquality optimization

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.04.014

TM714.2

B

2017-03-27；

2017-04-25