低压配电网负荷自动平衡调节装置研制

陶然兵，周 慧，李莉萍，范怡琛，孙楷淇，杨劲松

（1.国网安徽省电力有限公司界首市供电公司，安徽 界首 236500；2.国网安徽省电力有限公司，安徽 合肥 232001）

0 引 言

目前，低压配电网管理主要存在3方面问题。第一，当用户的单相用电量大幅度提高时，供电系统三相负载不平衡的问题比较严重。此时，通常依靠人员手动测量并停电调节。这种方式增加了工作人员的工作量和安全风险，造成负荷平衡工作被动落后，无法适应目前四分管理工作的要求。第二，低压配电网低压动力用户因用电负荷较大，无法实现远程费控操作，产生了电费风险。第三，大量分布式光伏电站接入低压配电网难免会各类异常故障，且基层工作人员存在不会分析和处理故障的情形，造成低压配电网运行不稳定，并引入了新的安全风险[1-3]。

1 技术路线和有益效果

1.1 技术路线

鉴于现有技术的缺陷和各种不足，提供一种低压配电网负荷自动平衡调节装置，能够实现远程监控、控制以及调配终端设备的运行工况。该装置包括云服务器、远程监控终端以及终端设备。终端设备包括控制电路板和有源补偿模块。有源补偿模块包括三相供电电路、电流检测模块、第一电流互感器、IGBT、并联连接的第一电容和第二电容、与IGBT相连接的IGBT驱动模块、DSP处理器、采样电路板以及接在三相供电电路中且连接在电流检测模块和第一电流互感器之间的滤波电路板。电流检测模块包括与三相供电电路各相电路相连接的电流检测电路，每个电路检测电路都包括串联连接的开关、第二电流互感器以及第三电容。第一电容、第二电容、第三电容的另一端都接零线。滤波电路板与采样电路板相连接，IGBT驱动模块和DSP处理器都与采样电路板相连接，采样电路板和控制电路板相连接，控制电路板和云服务器相连接。

1.2 有益效果

低压配电网负荷自动平衡调节装置具有有益效果：远程监控终端和终端设备通过云服务器和无线网络相连接；终端设备将数据传输至云服务器，云服务器完成数据存储；远程监控终端通过无线网络访问和获取云服务器，并对终端设备进行参数设定和控制等，促使终端设备处于较好的供电平衡状态。

2 具体实施方式

图1为低压配电网负荷自动平衡调节装置图，图2为低压配电网负荷自动平衡调节装置具体电路图。其中，三相供电电路5供电过程中，通过电流检测模块中的第二电流互感器16检测三相供电电路5的各相电路的电流值，并通过采样电路板12和控制电路板4将数据上传给云服务器1。远程监控终端2通过访问云服务器1获取数据，进而分析处理后判断三相供电电路5是否处于不平衡状态。当远程监控终端2判断三相供电电路5处于不平衡状态时，远程监控终端2向终端设备3发送调节指令，调节指令包括三相供电电路5达到平衡状态时各相电路所需转换的电流值。终端设备3中的控制电路板4接收指令后向IGBT驱动模块10发送指令，从而驱动IGBT 7动作，从三相供电电路5中吸收能量并控制三相供电电路5中各相电路间电流的互相转化，使三相供电电路5的各相电路重新分配，以达到平衡状态。因此，远程监控终端2和终端设备3通过云服务器1和无线网络相连接。终端设备3将数据传输至云服务器1，云服务器1完成数据存储，远程监控终端2通过无线网络访问云服务器1，进而获取云服务器1，并对终端设备3进行参数设定、控制等，使得终端设备3处于较好的供电平衡状态。此外，终端设备3中的有源补偿模块还包括连接在三相供电电路5中且连接在电流检测模块和第一电流互感器6之间的滤波电路板14。所述滤波电路板14与采样电路板12相连接，有效避免了IGBT 7产生电磁干扰。

图1 低压配电网负荷自动平衡调节装置

图2 低压配电网负荷自动平衡调节装置具体电路图

本技术装置先进，可提高用户电压质量，减小配电变压器损耗，降低线路网损，改善功率因数，提高线路输电能力和电网的可靠性，从而有效提升配电供电能力和供电可靠性，实现供电技术的最优化管理。另外，有源补偿模块造价低、运行稳定，具有广泛的推广应用前景，为各行业工作中存在的低压三相不平衡问题提供了投资少、效益高、便于管理、安全可靠的新途径，将产生可观的经济效益和社会效益。

3 应对三相负载不平衡的自动调节补偿方案

针对配电网低压工区三相负载不平衡的现象，国家电网公司下属供电公司和农网公司均采用不定期人工切换三相负载，以保证在一定时间内三相负载趋于平衡。人工调节无法满足电力系统实时、准确、快速的要求，且加大了线损，造成了能源损失。国网安徽省电力有限公司界首市供电公司开展群众性创新项目，研制低压配电网负荷自动调节的平衡装置，并应用电容补偿和电感自动调节补偿以达到三相负荷平衡，同时研制配套的智能换相开关系统，快速、准确地检测低压配电系统的三相不平衡问题。通过三相智能换相开关系统实时、不停电地调整单相负荷，使台区三相负荷处于相对平衡的状态，有效降低了变压器损耗、线路损耗、抑制单相过流及末端低压等情况。

4 低压配电网负荷自动调节平衡装置整体系统功能及优势

采用智能换相开关以达到负载自动平衡，系统具有4大功能。第一，自动平衡三相负载。实时监控三相不平衡度，并根据不平衡度自动调节三相负载，调节时间≤10 ms，不中断用户供电，不复位、重启及损坏常用电器。第二，降低变压器损耗。保持变压器相对平衡的运行状态，有效降低变压器的铁损和铜损。第三，解决低压、过压问题。解决三相不平衡导致的低压、过压问题，避免过压烧坏用电设备或低压影响用电设备的正常运行。第四，保护低压配网安全运行。避免中性线电流长期过大导致的发热和老化损坏，解除变压器等配电设备烧损的隐患。

系统具有4方面优势。第一，免维护、管理。系统投运后无需专人维护和管理，节省了人力物力，提高了效率。第二，自动换相，不中断用户供电。无需人工参与，换相时间较短。第三，可靠的相间防短路技术。硬件闭锁技术，防止多个相序同时接通；云服务器运行多重软件算法，智能预防相间短路。第四，开关元件不耗电，装置功耗较小。采用永磁继电器机构无压运行，装置运行功耗≤8 W。

5 结 论

我国城乡农网0.4 kV低压配电网采用三相四线制，普遍存在三相负荷不平衡问题，造成线损普遍偏高的情况，严重影响我国电网的经济效益。随着电力需求的增多和人民生活水平的提高，三相不平衡问题亟待解决。本文介绍的低压配电网负荷自动调节装置和配套三相负荷智能开关，可有效调节三相不平衡负荷，降低线路损耗，提高供电质量，符合我国倡导的节能减排政策，是值得研究和推广的降损节能技术项目。