三相系統(tǒng)不平衡補(bǔ)償?shù)难芯?圖文)

1、三相系統(tǒng)不平衡補(bǔ)償?shù)难芯?圖文)    論文導(dǎo)讀：并提出采用大容量電力電子技術(shù)的基本方法。自身產(chǎn)生較大諧波。它把逆變器電路看成是一個(gè)產(chǎn)生基波和諧波電壓的交流電壓源。 關(guān)鍵詞：電力電子，逆變，整流，諧波    0.引言 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電設(shè)備的類型越來(lái)越多。在三相供電系統(tǒng)中，除了大量的對(duì)稱負(fù)荷外，還新增了許多不對(duì)稱負(fù)荷和單相負(fù)荷。由于單相負(fù)載的大量應(yīng)用，且各負(fù)荷的用電不同時(shí)等原因，導(dǎo)致三相四線制配電系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的三相不平衡的運(yùn)行狀態(tài)，給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和用戶設(shè)備的正?？煽渴褂迷斐闪藝?yán)重的危害。 本文中從人工

2、和技術(shù)兩方面提出了目前三相不平衡的解決方法，重點(diǎn)解析了新技術(shù)方面的內(nèi)容，突出了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出采用大容量電力電子技術(shù)的基本方法。 1.國(guó)內(nèi)外三相平衡系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 1.1人工方面： (1) 完善基礎(chǔ)資料：每年組織專人在春季繪制一次配電變壓器網(wǎng)絡(luò)圖和負(fù)荷分配圖, 把每個(gè)臺(tái)區(qū)供出的各相上的用電戶名、戶數(shù)、電能表的型號(hào)等有關(guān)數(shù)據(jù)繪制成方便易查看的表格, 平時(shí)經(jīng)常檢查有無(wú)遺漏或新增用戶,結(jié)合負(fù)荷變化情況及時(shí)更新。 (2) 加強(qiáng)測(cè)試：給專人配備鉗形表,每月至少進(jìn)行一次負(fù)荷測(cè)試,對(duì)配電變壓器負(fù)荷狀況做到心中有數(shù),為調(diào)整配電變壓器負(fù)荷提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。利用檢修停電時(shí)間調(diào)整負(fù)荷。 (3) 加強(qiáng)用電管理

3、：對(duì)臨時(shí)用電，季節(jié)性用電，管理人員必須熟悉情況，如安裝地點(diǎn)、用電量的變化情況等, 根據(jù)情況及時(shí)做好負(fù)荷調(diào)整工作。新增單相設(shè)備申請(qǐng)用電, 做好負(fù)荷的功率分配, 進(jìn)行合理搭接, 盡可能均勻分配到三相電路上。注意大的三相四線制用戶內(nèi)部三相負(fù)荷平衡問(wèn)題, 協(xié)助他們調(diào)整本單位三相負(fù)荷。 (4) 調(diào)整三相負(fù)荷做到“ 四平衡”：四平衡既計(jì)量點(diǎn)平衡、各支路平衡、主干線平衡和變壓器低壓出口側(cè)平衡, 重點(diǎn)是計(jì)量點(diǎn)和各支路平衡, 可把用戶平均用電量作為調(diào)整依據(jù), 把用電量大致相同的作為一類, 分別均勻調(diào)整到三相上。由于三相同時(shí)引人負(fù)荷點(diǎn)比單相引入負(fù)荷點(diǎn)時(shí)損耗顯著減少, 為了取得三相負(fù)載的對(duì)稱, 應(yīng)將三相線路同時(shí)引入

4、負(fù)荷點(diǎn), 盡量擴(kuò)大三相四線制的配電區(qū)域, 減少單相供電干線長(zhǎng)度, 接戶線應(yīng)盡量由同一電桿上分別從三相引下, 且三組單相接戶線的負(fù)載應(yīng)盡量平衡。 1.2新興技術(shù)方面： （1）三相自動(dòng)平衡器 用于380 V 配電網(wǎng)中的平衡器的工作原理如下圖所示，電流采樣器采集配電網(wǎng)三相電流，通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口電路送至單片機(jī)進(jìn)行比較，發(fā)出指令，輸出放大后啟動(dòng)開關(guān)控制電路，將大電流相中一部分負(fù)載切換到小電流相，以降低（Pmax-Pmin），使三相電流不平衡度滿足要求，實(shí)現(xiàn)三相相對(duì)平衡。當(dāng)三相負(fù)載的變化未超過(guò)允許值時(shí)，平衡器不予調(diào)整，維持現(xiàn)狀，以避免頻繁切換。 圖1 三相自動(dòng)平衡器的工作原

5、理框圖 （2）早期無(wú)功補(bǔ)償裝置 早期的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是無(wú)源裝置，方法是在系統(tǒng)母線上并聯(lián)或者在線路中串聯(lián)一定容量的電容器或者電抗器，它主要包括同步調(diào)相機(jī)和靜電電容器。 同步調(diào)相機(jī)又稱同步補(bǔ)償器，是早期無(wú)功補(bǔ)償裝置的典型代表。它不僅能補(bǔ)償固定的無(wú)功功率，對(duì)變化的無(wú)功功率也能進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。當(dāng)系統(tǒng)電壓下降時(shí)，它通過(guò)控制勵(lì)磁發(fā)出和吸收無(wú)功功率，并通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)功功率的大小以維持端電壓恒定。它的損耗和噪聲都較大，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)速度慢。 靜電電容器可以改善線路參數(shù)，減少線路的感性無(wú)功功率，補(bǔ)償系統(tǒng)的無(wú)功功率。由于它供給的無(wú)功功率與節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，它供給的無(wú)功功率反而會(huì)

6、減少，所以靜電電容器的無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能較差。論文參考。但由于其維護(hù)較方便!裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用又可分散裝設(shè)，所以目前仍是中國(guó)采用的主要補(bǔ)償裝置。 同時(shí)，無(wú)源裝置使用機(jī)械開關(guān)，它不具備快速性、反復(fù)性和連續(xù)性的特點(diǎn)，因而不能實(shí)現(xiàn)短時(shí)糾正電壓升高或降落的功能。 （3）靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC 靜止無(wú)功補(bǔ)償器(StaticVar Compensator)，是將電容器（及電抗器支路）與輸電線路并接，通常接于開關(guān)站或變電所母線，通過(guò)晶閘管控制的無(wú)功功率動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，調(diào)節(jié)母線電壓和線路無(wú)功功率在所需水平上，從而提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，擴(kuò)大線路輸送容量。 SVC技術(shù)又分為：自飽和電抗器型（SSR）、晶閘管相控

7、電抗器型（TCR）、晶閘管投切電容器型（TSC）、高阻抗變壓器型（TCT）和勵(lì)磁控制的電抗器型（AR）等幾種不同類型。世界各國(guó)普遍采用TCR和/或TSC型SVC作為電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐點(diǎn)，以提高輸電能力或加強(qiáng)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 SVC特點(diǎn)： 1、應(yīng)用較為成熟，目前應(yīng)用較多。 2、自身產(chǎn)生較大諧波，需無(wú)源濾波器配合。 3、TCR只提供感性無(wú)功，容性無(wú)功需FC或TSC電容器組提供，占地面積大。 4、響應(yīng)速度慢（23個(gè)周期）。論文參考。 5、對(duì)快速的沖擊負(fù)荷補(bǔ)償效果較差。 (4) 靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG) SVC裝置為補(bǔ)償 0100 %容量變化的無(wú)功功率，幾乎需要 100 %容量的電容器與超過(guò) 10

8、0 %容量的晶閘管控制電抗器，銅和鐵的消耗很大。論文參考。從技術(shù)發(fā)展來(lái)說(shuō)，這種類型的靜補(bǔ)償裝置已不能說(shuō)是先進(jìn)的。近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是采用可關(guān)斷晶閘管（GTO）構(gòu)成的自換向變流器，通常稱為靜止無(wú)功發(fā)生器（SVG），它既可提供滯后的無(wú)功功率，又可提供超前的無(wú)功功率。 SVG是采用 GTO 構(gòu)成的自換相變流器，它把逆變器電路看成是一個(gè)產(chǎn)生基波和諧波電壓的交流電壓源，控制補(bǔ)償器基波電壓大小與相位可改變基波無(wú)功電流的大小與相位。當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓高時(shí)，逆變器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)超前（容性）無(wú)功電流。反之，當(dāng)逆變器基波電壓比交流電源電壓低時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)滯后（感性）無(wú)功電流。因此它能與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率的

9、交換 ,故稱其為“無(wú)功發(fā)生器”。 與 SVC 相比，其調(diào)節(jié)速度更快且不需要大容量的電容、電感等儲(chǔ)能元件，諧波含量小，同容量占地面積小，在系統(tǒng)欠壓條件下無(wú)功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。 (5)Smartpower節(jié)電器 SmartPower系統(tǒng)節(jié)電器利用“平衡控制變壓系統(tǒng)”繞組的相互交叉連接，可以消除各相位間的電壓和電流的不均衡，維持控制其平衡性。 這種特殊繞組，可以相互補(bǔ)償鐵心的磁通量，最大限度地控制各相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一致性，從而保持三相平衡，降低零線電流等額外損耗，它是最新一代可以改善電力消費(fèi)狀況高新技術(shù)產(chǎn)品。 2.研究趨勢(shì)和前景展望 隨著電力電子器件容量的不斷增大以及價(jià)格的逐步下降，使用基于電力電子器件的技

10、術(shù)來(lái)替代原來(lái)的機(jī)械開關(guān)方式的解決方法也將是今后的發(fā)展趨勢(shì)。三相系統(tǒng)中基波不平衡度在增大的同時(shí)，由于各次諧波所導(dǎo)致的不平衡問(wèn)題將成為將來(lái)所遇到的主要問(wèn)題，因而需要有一種方案來(lái)同時(shí)解決基波無(wú)功和有功不平衡，以及消除由諧波造成的不平衡。本文提出的設(shè)計(jì)方案具備了解決上述問(wèn)題所需要的全部功能，因而是未來(lái)最有發(fā)展前景的解決方案之一。 擬采用的裝置功能原理圖下圖所示。 圖2 本裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖 裝置工作原理如下：原始的不平衡負(fù)載可能引起較大的中線電流，如圖中ILN所示。若不進(jìn)行補(bǔ)償，則此電流將流入系統(tǒng)中線。在系統(tǒng)與負(fù)載中間增加一個(gè)三相不平衡補(bǔ)償裝置，該裝置從系統(tǒng)吸收三相對(duì)稱的基波電流，通過(guò)整流橋變換為直流

11、，再通過(guò)具有中線的逆變橋變換為所需要的電流。以中線電流為例，對(duì)裝置來(lái)說(shuō)若以流入裝置為電流的參考方向，則如能使得裝置中線吸收的電流與負(fù)載側(cè)中線電流一樣，即ILN=IFN，則對(duì)系統(tǒng)中線而言，ISN=ILN-IFN=0。從而解決了系統(tǒng)側(cè)中線電流過(guò)大的問(wèn)題。同時(shí)裝置的ABC三橋臂還可根據(jù)參考電流產(chǎn)生所需要的電流，對(duì)負(fù)載的不平衡三相電流進(jìn)行補(bǔ)償，目標(biāo)是使得系統(tǒng)側(cè)ABC三相的電流為三相基波對(duì)稱分量。從而解決三相不對(duì)稱問(wèn)題。 3.結(jié)論 采用不同的方法各具有其優(yōu)劣性，本文提出的采用大容量電力電子技術(shù)，裝置適應(yīng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，控制精度高，裝置無(wú)任何耗能元件，節(jié)能效率更高。采用三相四線制結(jié)構(gòu)，能同時(shí)補(bǔ)償不平衡電流，同時(shí)還可濾除諧波并提供無(wú)功功率的支持。因此是未來(lái)最有發(fā)展前景的解決方案之一。    參