智能選相開(kāi)關(guān)的低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)負(fù)荷不平衡控制技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，如何滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的需求，為用戶(hù)提供可選多樣的電能質(zhì)量和價(jià)格方案成為了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外智能電網(wǎng)建設(shè)的重要特征之一。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡不僅會(huì)增加線損率，而且會(huì)導(dǎo)致末端電壓過(guò)低，影響供電質(zhì)量。因此，對(duì)低壓配電網(wǎng)的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合控制，并采取措施進(jìn)行節(jié)能降耗，是電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)的必然趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】智能選相開(kāi)關(guān) 低壓配電網(wǎng) 負(fù)荷不平衡

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于配電網(wǎng)節(jié)能降耗的研究，尤其是配變臺(tái)區(qū)的節(jié)能降耗的研究，仍然停留在獨(dú)立的、對(duì)某區(qū)域電網(wǎng)的離線線損計(jì)算、無(wú)功優(yōu)化控制，而且沒(méi)有考慮三相不平衡的治理。而當(dāng)前配電網(wǎng)中現(xiàn)有的無(wú)功補(bǔ)償?shù)裙?jié)能設(shè)備和電能質(zhì)量治理裝置只是單點(diǎn)分布，既沒(méi)有數(shù)據(jù)的上傳采集平臺(tái)，也沒(méi)有設(shè)備的綜合控制平臺(tái)，設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息、節(jié)能效果和電能質(zhì)量治理效果等方面也無(wú)法得知。因此，隨著配電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展亟需，非常有必要研究一種新型的面向配電網(wǎng)的基于三相不平衡治理綜合節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，逐步進(jìn)行技術(shù)推廣，應(yīng)用于配電網(wǎng)節(jié)能與提高電能質(zhì)量改造項(xiàng)目的實(shí)踐中。

1 案例介紹

金華金東區(qū)部分臺(tái)區(qū)下存在三相不平衡問(wèn)題，且由于此影響會(huì)引起用戶(hù)側(cè)的低電壓?jiǎn)栴}投訴，針對(duì)此問(wèn)題需要采用科技創(chuàng)新的技術(shù)來(lái)綜合整治，通過(guò)理論研究解決三相不平衡的問(wèn)題，對(duì)治理低電壓?jiǎn)栴}有切實(shí)的幫助。從滿(mǎn)足電壓合格率和供電可靠率的角度出發(fā)，解決用戶(hù)側(cè)因三相不平衡所引起的一系列問(wèn)題。本項(xiàng)目擬研究應(yīng)用于配變臺(tái)區(qū)三相不平衡治理綜合節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)，項(xiàng)目實(shí)施后的研究成果將明顯改善區(qū)域配電網(wǎng)電能質(zhì)量，有效降低配電網(wǎng)的電能損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

2 三相不平衡問(wèn)題治理目標(biāo)

2.1 有效解決配電網(wǎng)由于無(wú)功補(bǔ)償不足而造成的無(wú)功損耗問(wèn)題

當(dāng)前配電網(wǎng)所采取的降耗措施主要是電容補(bǔ)償，存在速度慢，不能動(dòng)態(tài)平滑調(diào)節(jié)，容易造成欠補(bǔ)過(guò)補(bǔ)的問(wèn)題，電網(wǎng)損耗問(wèn)題依然嚴(yán)重。本項(xiàng)目的研究將有效解決該類(lèi)問(wèn)題，擬采用柔性動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調(diào)節(jié)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)平滑補(bǔ)償，補(bǔ)償效率高，補(bǔ)償度精準(zhǔn)，最大程度上減小電網(wǎng)損耗。

2.2 解決現(xiàn)有的電容器補(bǔ)償裝置存在的安全隱患問(wèn)題

配變網(wǎng)企業(yè)負(fù)荷和居民用電具有階段性，供電無(wú)功功率具有波動(dòng)性。電容器是在企業(yè)與居民生產(chǎn)時(shí)投入，停產(chǎn)或休息時(shí)切除。電容器為固定補(bǔ)償，時(shí)而會(huì)造成系統(tǒng)過(guò)補(bǔ)、時(shí)而欠補(bǔ)，頻繁的投切電容器降低了電容器的使用壽命，并且在投切過(guò)程中容易出現(xiàn)電容器重燃的故障。頻繁的投切電容器還改變了系統(tǒng)的阻抗，容易使系統(tǒng)供電設(shè)備發(fā)生串、并聯(lián)諧振故障。另外，小型非線性電子式開(kāi)關(guān)設(shè)備（變頻空調(diào)，節(jié)能燈具）的大量應(yīng)用大大增加了配電網(wǎng)的諧波水平，諧波在電網(wǎng)流動(dòng)，補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)電容器容易對(duì)諧波產(chǎn)生放大情況，嚴(yán)重時(shí)達(dá)到數(shù)十倍，很容易燒毀設(shè)備，造成事故。

本項(xiàng)目研究擬采用新型的智能化統(tǒng)一電能質(zhì)量綜合優(yōu)化裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率柔性輸出，補(bǔ)償能力精準(zhǔn)，響應(yīng)速度快，利用電力電子開(kāi)關(guān)器件調(diào)節(jié)功率，不依賴(lài)電網(wǎng)阻抗，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗產(chǎn)生影響，也不會(huì)造成諧振問(wèn)題和諧波放大問(wèn)題。

2.3 解決現(xiàn)有的節(jié)能設(shè)備諧波、三相不平衡等的問(wèn)題

諧波污染和三相不平衡問(wèn)題對(duì)電網(wǎng)和用戶(hù)設(shè)備造成嚴(yán)重的危害。但是，現(xiàn)有的節(jié)能設(shè)備不具備諧波污染治理的能力，傳統(tǒng)的電容器節(jié)能補(bǔ)償如果配置不當(dāng)，將會(huì)造成諧波放大數(shù)10乃至數(shù)百倍，容易造成事故；SVC型的裝置本身更是一個(gè)諧波污染源，在節(jié)能的同時(shí)，造成新的電網(wǎng)污染。針對(duì)以上問(wèn)題，本項(xiàng)目研究中擬采用最新的電網(wǎng)諧波污染治理技術(shù)，進(jìn)行針對(duì)性的治理，有效減小因?yàn)殡娔苜|(zhì)量問(wèn)題造成的損失。

2.4 提高配網(wǎng)設(shè)備自動(dòng)化水平

配變臺(tái)區(qū)三相不平衡治理綜合節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)采用最新研究的成果，包含了電力電子功率變換技術(shù)、瞬時(shí)無(wú)功功率控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)智能化技術(shù)以及無(wú)線通信技術(shù)，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)進(jìn)行離線與在線的智能化監(jiān)控管理，使配電網(wǎng)始終處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)，提高供電可靠性和供電質(zhì)量，降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，提高整個(gè)配電系統(tǒng)的管理水平和工作效率。

3 低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)負(fù)荷不平衡控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)負(fù)荷不平衡控制系統(tǒng)主要由安裝在電纜分接箱的多臺(tái)智能選相開(kāi)關(guān)和一臺(tái)安裝在臺(tái)區(qū)變壓器的智能配變控制終端構(gòu)成。

低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)一般會(huì)利用一臺(tái)10kV/380V的變壓器進(jìn)行供電，低壓側(cè)和多個(gè)電纜分接箱進(jìn)行連接，每個(gè)電纜分接箱都設(shè)置了多路單相輸出和一路三相輸入。臺(tái)區(qū)中的低壓負(fù)荷分別連接電纜分接箱的出線側(cè)，為了提升智能化水平，可以將智能選項(xiàng)開(kāi)關(guān)設(shè)置到電纜分接箱中，智能配變控制終端通過(guò)使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高智能化控制、無(wú)功補(bǔ)償控制、負(fù)荷不平衡控制、遠(yuǎn)方系統(tǒng)通訊高集成等，可以利用電力載波對(duì)各個(gè)電纜分接箱開(kāi)關(guān)狀態(tài)和各出線電流進(jìn)行收集，檢測(cè)配電變壓器出線位置的電流和電壓，并根據(jù)不平衡調(diào)整策略對(duì)各出線選項(xiàng)開(kāi)關(guān)換相明了進(jìn)行判斷。

4 智能選項(xiàng)開(kāi)關(guān)的安裝

通常情況下，智能選項(xiàng)開(kāi)關(guān)安裝過(guò)程中，可以使用智能選項(xiàng)開(kāi)關(guān)替換電纜分接箱中的低壓開(kāi)關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電纜分接箱的改造。智能選項(xiàng)開(kāi)關(guān)主要由接觸器（KM1、KM2、KM3）、控制電路SCU、二級(jí)管（V1、V2、V3）、電流互感器（TA）等模塊化結(jié)構(gòu)組成。

智能選相開(kāi)關(guān)工作時(shí)，首先按照優(yōu)化控制算法和負(fù)荷平衡原則進(jìn)行計(jì)算，然后發(fā)出臺(tái)區(qū)各個(gè)選項(xiàng)開(kāi)關(guān)的切換命令，并利用電力載通信模塊對(duì)下發(fā)的選相切換命令進(jìn)行接收，然后利用電流互感器TA對(duì)負(fù)荷電流進(jìn)檢測(cè)，從而判定系統(tǒng)狀態(tài)?？刂齐娐稴CU產(chǎn)生控制信號(hào)操作輔助繼電器和接觸器，結(jié)合二級(jí)管自然導(dǎo)通關(guān)斷特點(diǎn)，達(dá)到選項(xiàng)操作的目的。

智能選相開(kāi)管一般使用接觸器、二極管、固態(tài)繼電器組成電力電子開(kāi)關(guān)，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)二級(jí)管正向電壓超過(guò)0.7V以后就會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，不需要發(fā)送附加的觸發(fā)信號(hào)，控制電路得到了簡(jiǎn)化，與此同時(shí)也保證了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，二級(jí)開(kāi)關(guān)只在斷開(kāi)和接通的一瞬間會(huì)工作，當(dāng)關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí)，接觸器會(huì)承受電流，在開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)輔助繼電器會(huì)承受耐壓，產(chǎn)生的電量耗損非常小，不需要增設(shè)散熱電路。開(kāi)關(guān)閉合切換時(shí)，二極管起著保護(hù)接觸器觸點(diǎn)和輔助繼電器觸點(diǎn)的作用，接觸器和輔助繼電器之間可以互相保護(hù)，可以達(dá)到無(wú)弧切換的目的，延長(zhǎng)輔助繼電器和接觸器的使用年限，而且二極管的體積和成本優(yōu)勢(shì)也非常明顯。

5 應(yīng)用效果

為了對(duì)基于智能選相開(kāi)關(guān)低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)不平衡控制技術(shù)的可行性進(jìn)行驗(yàn)證，本文使用電氣結(jié)構(gòu)的智能選相開(kāi)關(guān)安裝到電纜分接箱中，如圖1所示。

在圖1中一共安裝了兩臺(tái)智能換相開(kāi)關(guān)，每個(gè)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：三路單相220V輸出、一路三相380V輸入，設(shè)計(jì)各路輸出額定電流為200A，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)弧頻繁切換，切換時(shí)間一般<20ms，可以達(dá)到普通低壓供電用戶(hù)的用電需求。在低壓供電環(huán)境下開(kāi)展負(fù)荷不平衡控制試驗(yàn)后，得出試驗(yàn)波形見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，波形1代表智能換向開(kāi)關(guān)的切換控制命令，波形2代表進(jìn)行環(huán)向操作時(shí)產(chǎn)生的負(fù)荷電壓，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以看出，換相切換操作在5ms內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)換相切換操作，在不影響供電的情況下，對(duì)三相負(fù)荷平衡性進(jìn)行了調(diào)整，具有瞬時(shí)切換、損耗低、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是一種解決低壓配電網(wǎng)負(fù)荷不平衡的有效措施。

6 結(jié)論

綜上所述，基于智能選項(xiàng)開(kāi)關(guān)的低壓配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)負(fù)荷不平衡控制技術(shù)對(duì)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整切換速度非?？?，而且控制電路比較簡(jiǎn)單，達(dá)到了無(wú)弧切換的目的，有效延長(zhǎng)了輔助繼電器和接觸器的使用年限，保證了設(shè)備的可靠性，可以結(jié)合用戶(hù)的具體需求設(shè)置多個(gè)優(yōu)化控制目標(biāo)，可以從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上對(duì)相間負(fù)荷分配進(jìn)行調(diào)整，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

（通訊作者：葉慶和 方平）

參考文獻(xiàn)

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[2]張明，謝珊珊，羅云峰.低壓配電網(wǎng)三相負(fù)荷不平衡優(yōu)化模型的研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（01）：59-62.

作者簡(jiǎn)介

陳崇敬（1978-），男，浙江省浦江縣人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司高級(jí)工程師，從事配網(wǎng)管理工作。

作者單位

國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司 浙江省金華市 321000