背景介紹
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用戶、企業(yè)電量的逐年增加，尤其是在廣大農(nóng)村、城鄉(xiāng)結(jié)合部等用電負(fù)荷高增長(zhǎng)地區(qū)，一些配變臺(tái)區(qū)由于受地理位置和技術(shù)因素的影響，三相不平衡及低電壓情況突出。再者，在我國(guó)城鄉(xiāng)低壓配電網(wǎng)中普遍采用三相四線制供電方式，配電變壓器多為10/0.4kV降壓、Y/yn0接線。理想情況下，三相負(fù)荷為平衡配置變壓器對(duì)稱運(yùn)行。但實(shí)際的供電網(wǎng)絡(luò)是三相生產(chǎn)用電與單相負(fù)載混合用電，再加上相關(guān)線路的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問(wèn)題、單相用戶不可控的增容、大功率負(fù)載的接入以及單相負(fù)載用電時(shí)間的分散問(wèn)題，都是造成三相負(fù)載不平衡的因素。
三相負(fù)荷不平衡除了容易對(duì)用戶電壓、臺(tái)區(qū)線損造成影響外，還會(huì)增加變壓器的有功損耗，使配電變壓器運(yùn)行溫度升高，降低配電變壓器效率，影響電動(dòng)機(jī)輸出功率并使繞組溫度升高，產(chǎn)生中性點(diǎn)電壓偏移，造成三相電壓不對(duì)稱，導(dǎo)致局部電壓過(guò)高或過(guò)低的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀用戶電器。此外，還會(huì)加大對(duì)周?chē)ㄐ畔到y(tǒng)的干擾，影響正常通信質(zhì)量，給供電企業(yè)和人民生活造成一定的影響。
圖1 農(nóng)村配網(wǎng)和住宅小區(qū)
配網(wǎng)電流不平衡問(wèn)題概述
針對(duì)上述綜合性問(wèn)題，需要應(yīng)用綜合治理的技術(shù)才能解決低壓配電系統(tǒng)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題，而針對(duì)當(dāng)前三相負(fù)荷所產(chǎn)生的不平衡電流，最行之有效的方法就是做到盡量合理的分配負(fù)荷。當(dāng)前低壓配電系統(tǒng)中，尤其是農(nóng)網(wǎng)改造過(guò)程中應(yīng)用較廣的三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的主要功能就是通過(guò)綜合技術(shù)手段，自動(dòng)檢測(cè)三相電路中的不平衡問(wèn)題，智能優(yōu)化三相電流的不平衡，以達(dá)到“合理的分配負(fù)荷”的目的。
本文通過(guò)設(shè)定不同的測(cè)試工況，來(lái)直觀的檢測(cè)某三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置在自動(dòng)檢測(cè)三相線路不平衡問(wèn)題、智能優(yōu)化三相電流不平衡方面的綜合能力。
測(cè)試工況分析
待測(cè)試裝置技術(shù)參數(shù)
交流輸入（三相四線）：400V 50Hz
額定容量：75kVA
如圖2所示，搭建三相電流不平衡補(bǔ)償測(cè)試平臺(tái)，模擬裝置智能補(bǔ)償三相不平衡有功電流時(shí)的運(yùn)行環(huán)境，圖示測(cè)試回路中R1、R2、R3為電阻性負(fù)載。
圖2 三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置
補(bǔ)償功能測(cè)試回路
根據(jù)測(cè)試要求正確連接互感器，選擇裝置在有功不平衡補(bǔ)償模式下運(yùn)行，檢測(cè)裝置分別在以下三種不同工況時(shí)的不平衡補(bǔ)償能力。
工況一:
被測(cè)裝置如圖2所示并入測(cè)試回路中。僅投入QF1路負(fù)載，調(diào)節(jié)R1，僅A相回路加載30A有功電流；
工況二:
被測(cè)裝置如圖2所示并入測(cè)試回路中。僅投入QF1、QF2路負(fù)載，調(diào)節(jié)R1、R2，僅A相回路和B相回路加載30A有功電流；
工況三:
被測(cè)裝置如圖2所示并入測(cè)試回路中。投入QF1、QF2、QF3路負(fù)載，調(diào)節(jié)R1、R2和R3，A、B、C三相分別加載10A、20A、30A有功電流；
分別記錄如下內(nèi)容:
不平衡補(bǔ)償前網(wǎng)側(cè)電流（A、B、C、N）、不平衡補(bǔ)償后網(wǎng)側(cè)電流（A、B、C、N），要求在以上三種工況下，三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置運(yùn)行補(bǔ)償之后，網(wǎng)側(cè)電流滿足：A相、B相、C相電流的不平衡度在10%以內(nèi)，則該項(xiàng)測(cè)試合格。
不平衡度是指三相電力系統(tǒng)中三相不平衡的程度，用電壓或電流負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值百分比來(lái)表示。由于負(fù)序分量無(wú)有效測(cè)試手段，工程上，三相電流不平衡度采用下面的方法計(jì)算：
（本文測(cè)試時(shí)不平衡度計(jì)算參照上述方法）
測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果及分析
工況一:僅A相投入30A有功電流，進(jìn)行不平衡補(bǔ)償
記錄工況一:
測(cè)試數(shù)據(jù)如下（由于實(shí)際記錄的數(shù)據(jù)較多，下表中的數(shù)據(jù)為某段時(shí)間內(nèi)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的平均值）
工況二:僅A/B相分別投入30A有功電流，進(jìn)行不平衡補(bǔ)償
記錄工況二:
測(cè)試數(shù)據(jù)如下（由于實(shí)際記錄的數(shù)據(jù)較多，下表中的數(shù)據(jù)為某段時(shí)間內(nèi)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的平均值）
工況三:A/B/C分別投入10A/20A/30A有功電流，進(jìn)行不平衡補(bǔ)償
記錄工況三:
測(cè)試數(shù)據(jù)如下（由于實(shí)際記錄的數(shù)據(jù)較多，下表中的數(shù)據(jù)為某段時(shí)間內(nèi)連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的平均值）
結(jié)論
以上測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果直觀反映了三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的三相不平衡有功電流的補(bǔ)償能力，正如本文背景介紹中所述，三相不平衡問(wèn)題是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，需要綜合治理，治理過(guò)程中需要考慮不同的應(yīng)用需求、綜合治理功能的優(yōu)先級(jí)別、經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性等。具體來(lái)說(shuō)，如單相分布式光伏接入低壓配電網(wǎng)時(shí)的應(yīng)用需求與常規(guī)單相用電戶的應(yīng)用需求應(yīng)該區(qū)別研究；實(shí)際裝置的功能一般是綜合性的，包含不平衡補(bǔ)償、無(wú)功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償?shù)裙δ?，如何定位各功能的?yōu)先等級(jí)，也是需要充分考慮的；另外由于該裝置多應(yīng)用于戶外、尤其是農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)，對(duì)于IP防護(hù)等級(jí)、使用壽命周期、維護(hù)保養(yǎng)能力等也是要綜合設(shè)計(jì)。
總之，隨著十三五農(nóng)網(wǎng)改造升級(jí)工程的實(shí)施，低配電系統(tǒng)三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題亟需大力解決，研究三相負(fù)荷不平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，及時(shí)掌握配電變壓器的負(fù)荷大小及三相電流、電壓等情況，綜合運(yùn)用技術(shù)手段，從根本上解決“三相不平衡”電力質(zhì)量問(wèn)題顯得尤為重要。
