安科瑞 王志彬 18860990280

引言

由于由于電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)中出現(xiàn)了大量非線性負載和不平衡負荷（如LED燈、UPS、變頻器等）以及新的發(fā)電方式與儲能方式的推廣使用（其中有大量的整流與逆變器），出現(xiàn)大量三相不平衡情況，（三相負載的不合理分配，用電負荷的不斷變化，對于配電負荷的監(jiān)視力度的削弱，斷線故障，接地故障）。引起了增加線路的電能損耗，配電變壓器的電能損耗，配變出力減少，配變產(chǎn)生零序電流，影響用電設(shè)備的安全運行，電動機效率低下，儀表損壞，功率因數(shù)低下，零序?qū)w發(fā)熱甚至引起火災(zāi)等危害。
為了避免上述情況，1：我們可以將不對稱負載分散到不同的供電點，以減少集中連接造成不平衡度嚴重超標的情況:。2：使用交叉換相等辦法使不對稱負荷合理分配到各相，盡量使其平衡化。3：加大負荷接入點的短路容量來提高系統(tǒng)承受不平衡負載的能力。但這些方法或因在電路設(shè)計階段就應(yīng)實施，或因操作難度較高，或因施工成本過高，對部分用戶難承受。
而三相不平衡治理裝置使用并聯(lián)安裝方式安裝在系統(tǒng)電網(wǎng)中，使用模塊化安裝，方便施工整改，設(shè)計容量時容錯率高（如果容量不夠可增加模塊擴容使用），設(shè)備容量有余量的時候還能進行無功補償和諧波治理，用戶整改時停電時間短,等優(yōu)點。

三相不平衡度的計算

三相不平衡度”其實有二個，一個是三相電壓不平衡度，另一個是三相電流不平衡度，二者互相影響；
三相電壓不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相電壓的不平衡程度，用電壓負序分量與正序分量的方均根值百分比表示；測量時需要在系統(tǒng)正常運行的最小運行方式下，負荷不平衡度最大的時候測量；按國標規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%。接入公共連接點的每個用戶引起該點正常電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不得超過2.6% 。
三相電流不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相電流的不平衡程度，用最大相電流值減去最小相電流值再除以最大相電流值的百分數(shù)表示；
三相電流不平衡度=[（最大電流-最小電流）/最大電流]X100%
三相電流不平衡度一般為電壓不平衡度的4-7倍。如電壓不平衡度為5%時，電流不平衡度為20%-35%。據(jù)統(tǒng)計，5%的不平衡度電壓會使電動機的損耗增加20%以上。

三相不平衡治理的原理

ANSPC根據(jù)系統(tǒng)電流，進行dq坐標旋轉(zhuǎn)，提取不平衡分量，三相發(fā)出與不平衡分量大小相等相位相反的電流，將不平衡部分補償?shù)搅悖湍軐⑷嗖黄胶怆娏餍Ｕ扇嗥胶怆娏鳌?

圖一

如圖一所示：隔離開關(guān)合閘后，為防止上電時電網(wǎng)對直流母線電容器的瞬間沖擊，ANSPC首先通過軟起電阻對直流母線的電容器充電，這個過程會持續(xù)幾十秒。當母線電壓Udc達到預(yù)定值后，主接觸器閉合。直流電容作為儲能器件，通過IGBT逆變器和內(nèi)部電抗器向外輸出補償電流提供能量。ANSPC通過外部CT實時采集電流信號送至信號調(diào)理電路，然后再送至控制器。控制器將基波成分分離，提取出所有的諧波電流、無功電流、三相不平衡電流，將采集到的要補償?shù)碾娏鞒煞趾虯NSPC已發(fā)出的補償電流比較得到差值，作為實時補償信號輸出到驅(qū)動電路，觸發(fā)IGBT變換器將補償電流注入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)閉環(huán)控制，完成補償功能。

工作模式

三相不平衡治理裝置是一種用于治理三相不平衡，補償無功，濾除諧波，提高功率因數(shù)，實現(xiàn)無極補償效果的新型電力電子裝置；智能控制系統(tǒng)主動根據(jù)系統(tǒng)的線性動態(tài)需求，自動調(diào)節(jié)有源及無源模塊的輸出配比；ANSPC整機主要是由ANSPC模塊并聯(lián)、通訊組成；能完成更大容量的無功諧波電流的補償，整機通過一個7寸觸摸屏實現(xiàn)人機交互。觸摸屏通過RS485與ANSPC模塊進行通信。

招標情況與市場趨勢

近兩年，三相不平衡的治理被越來越多的人關(guān)注，無論從國家電網(wǎng)辦公廳出臺的文件通知，還是各地市局、省局對三相不平衡的招標情況，三相不平衡已從原始的方式變成現(xiàn)在的智能化、簡捷化、可靠化的產(chǎn)品。
國家電網(wǎng)公司近期正在制定《三相負荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置選型與檢測技術(shù)規(guī)范》，即ANSPC的國網(wǎng)企業(yè)標準，國家電網(wǎng)運檢三2017 68號文件中，詳細闡述了國家現(xiàn)在對于治理三相不平衡的重視程度，從工作思路、治理范圍、重點措施及工作要求上詳細的寫出來治理的目的、要求，并把現(xiàn)階段的三種方式一一列舉出來了。由此可見國家電網(wǎng)公司由以前的倡導(dǎo)到現(xiàn)在“實打?qū)嵉母伞绷耍?

產(chǎn)品ANSPC特點

1. 模塊化設(shè)計，方便更換；  
2. 可校正三相電流不平衡到完全平衡；無功補償可使功率因數(shù)達到1；可補償13次以內(nèi)低次諧波；補償三相不平衡、濾波、補償無功可單選或多選，并可設(shè)置功能的優(yōu)先次序；
3. 采用滑動窗迭代DFT檢測算法，計算速度快，瞬時響應(yīng)時間小于0.1ms,裝置補償全響應(yīng)時間小于10ms；
4. 在現(xiàn)場的CT接線位置可任選負載側(cè)或電網(wǎng)側(cè)采樣；
5. 采用可靠的限流控制環(huán)節(jié)，當系統(tǒng)中的待補償電流大于三相不平衡治理裝置容量時，裝置能夠自動限流在100%容量輸出，維持正常工作，不會出現(xiàn)過載燒毀等故障；
6. 主電路采用三橋臂的三電平結(jié)構(gòu)，輸出波形質(zhì)量高，開關(guān)損耗低；
7. 室外安裝方案防護等級達到IP54，有效防雨。
8. 自帶GPRS通訊，可遠程遙控開關(guān)機、設(shè)置控制參數(shù)，并按照指定的頻率回傳電網(wǎng)與裝置數(shù)據(jù)到云端，用戶可隨時查看監(jiān)控電網(wǎng)與設(shè)備的狀態(tài)。
9. 自帶加熱器以及調(diào)速風(fēng)機，可在極寒冷與極炎熱的室外正常工作。

三相不平衡治理案例

某供電公司農(nóng)網(wǎng)改造

某市供電公司針對所管轄的配電網(wǎng)臺區(qū)存在三相不平衡及無功問題進行集中挑檐、匯總分析，并篩選了15個臺區(qū)通過加裝三相不平衡設(shè)備進行改造，此次改造采用本公司三相不平衡治理裝置。
對15個臺區(qū)進行集中安裝，并成功投運，治理設(shè)備主要用于調(diào)節(jié)三相有功不平衡，兼補償無功.

改造前

改造后

如上圖所示，改造后各相電流峰值明顯比改造前各相電流峰值更接近了，效果良好。

北京煤電改造

為治理霧霾，北京市啟動了“煤改電”項目，要求居民從燒煤供暖改成電熱爐供暖，尤其是北京郊區(qū)。煤改電的設(shè)備為單相負載，工作時電流很大，會造成三相不平衡以及電壓跌落，因此需要治理。

安裝現(xiàn)場

效果對比圖

治理效果

當電網(wǎng)三相電流平衡時，N 線電流基本為零，實際所測的結(jié)果也是如此，負載N 線電流因為三相不平衡，而在50-150A 之間分布，補償后，電網(wǎng)側(cè)的N 線電流基本降為零，說明三相不平衡電流治理效果良好。（其中，序號9 的肖莊10 號變的補償效果不如其他臺區(qū)效果明顯，發(fā)現(xiàn)在當時三相不平衡設(shè)備ANSPC 已經(jīng)達到50kvar 滿負荷運行，不平衡程度超過了設(shè)備容量，所以這個點的補償容量需要繼續(xù)加大。）根據(jù)當前補償效果，建議農(nóng)網(wǎng)315 與400 的變壓器都安裝100kvar 的ANSPC 為宜。
總體而言，北京電網(wǎng)應(yīng)用ANSPC 三相不平衡治理裝置改善因煤改電而引起的三相不平衡現(xiàn)象，效果很好，基本都得到了完美的治理，絕大部分的臺區(qū)的N 線電流基本為零，三相不平衡度基本控制在了1%以內(nèi)。

結(jié)束語

安科瑞三相不平衡補償裝置（ANSPC）集電能監(jiān)測、設(shè)備保護、通訊功能于一體，且具有強大的三相不平衡治理能力，在留有余量的情況下還可以繼續(xù)無功補償與諧波治理，可完美應(yīng)對各種需三相不平衡治理，功率因數(shù)不夠，諧波畸變率超標的場合。其治理效果一則加強了電網(wǎng)的輸配電能力，降低損耗；二則避免了用戶因功率因數(shù)不足而被罰款，為用戶帶來了極大的經(jīng)濟效益；三則提高了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，消除系統(tǒng)諧波，保障了用電設(shè)備的工作精度和使用壽命。由此可見，混合動態(tài)濾波補償裝置的使用對供用電雙方都有益，既提高了電能質(zhì)量,保證了設(shè)備運行性能和壽命，又創(chuàng)造了經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了雙方的共贏。