基于配电线路末端分布式补偿的三相不平衡调节装置

国网黑龙江电力有限公司佳木斯供电公司 赵海清 谭启福 姜 琳 孙立成 李 军

目前配电线路末端三相不平衡现象比较严重，最常见的方法是通过智能快速换相开关技术解决线路三相不平衡问题，较粗略的使整个台区运行于三相平衡状态[1]。但负荷调整不准确，不能实时调整，时间间隔较长，易出现故障，存在安全隐患，安装时工程量很大。

随着电子技术的发展，有源补偿技术得到了很好的应用，采用有源补偿方法是在配电变压器0.4kV侧安装补偿装置[2]，该方式在变压器出口的三相电流能够基本达到平衡，从安装处到负荷端的线路仍然电流不平衡[3,4]，现有的有源补偿技术没有从根本上解决三相不平衡的问题，很多台区供电网络仍运行在严重的不平衡状态，不能解决供电线路的损耗、末端线路三相不平衡等问题，同时自身损耗很大。

本文设计研究了一种配电线路末端分布式补偿的三相不平衡调节装置，采用一体化结构设计，电力电子变流技术，安装在线路负荷末端的负荷分支处，实时检测三相负荷的平衡状况，对三相负荷进行同步优化补偿控制，使整个台区到负荷线路电流平衡，降低线路及中线损耗。

1 基于配电线路末端分布式补偿的三相不平衡调节系统

在线路最末端每个负荷分支处安装分布式补偿装置，进行就地三相不平衡调节，补偿装置实时监测用户负荷的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、以及各次谐波电流，计算三相不平衡度、功率因数以及电流谐波畸变率。根据计算的电能质量参数、线路的实际运行状况，以及外部环境温度进行协调控制和决策，优先确定不平衡调节容量，功率盈余情况下兼补无功功率。系统结构如图1所示。

图1 分布式补偿的三相不平衡调节系统结构图

2 分布式三相不平衡调节装置

负荷近端就地安装的三相不平衡调节装置采用高功率密度三电平变流器，结构紧凑，考虑主要用于负荷末端不平衡补偿，补偿容量为最大负荷电流与平均电流差即可，功率大小根据实际情况设计为20kW，能够满足调节需求，体积300mm×200mm×120mm，便于现场就地安装。

装置由三电平变流器、控制电路及LC滤波电路组成，原理见图2所示，能够对线路末端分支节点处负荷三相不平衡、无功电压进行治理。装置实时检测负载电流并判断是否处于平衡状态，通过内部DSP计算出达到平衡状态时各相需要转移的电流并提取出负载电流的谐波分量，以PWM输出信号控制IGBT开关动作，控制变流器进行各相电流转移，并产生和负载谐波电流大小相等、方向相反的电流注入到电网中，使负荷上端达到三相平衡。

图2 分布式三相不平衡调节装置原理结构

3 装置试验

根据上述设计完成了装置样机制作并进行实验测试。对单台补偿设备进行了物理验证，设备容量20kW加入不平衡负载，使用泰克示波器MSO304、电压探头P6139B和电流钳A621观测电流波形，补偿后三相电流基本平衡，效果见图3所示。对系统进行仿真实验，在图1结构的配电系统末端1、2、3负荷分支处分别接入分布式三相不平衡调节装置，分别加入不平衡负荷及无功负荷，调节后的电流波形能够达到平衡状态，见图4所示。

图3 单台装置调节前后波形

图4 多台装置接入系统前后调节的电流波形

综上，本文设计的基于配电线路末端分布式补偿的三相不平衡调节装置，体积较小、可以安装在配电线路末端的负荷分支处，通过实验表明治理三相不平衡有很好的效果，可以从根本上解决三相不平衡的问题。