有源功率平衡装置在低压配网系统的应用

李显旺

摘 要：随着国民经济的快速发展，电力配网系统的电能质量问题越发突出。电力配网多为单相负荷，运行时间上的差异性以及负荷分布不均匀均会导致三相功率不平衡；有源功率平衡装置，采用先进的控制策略，在低压配电台区应用，能够有效改善电力配网存在的三相不平衡问题。该装置不仅使不平衡度降低明显，同时可消除零线电流，具有良好的技术效应和经济效应。

关键词：三相不平衡；不平衡度；电力配网；有源功率平衡装置

1 概述

随着经济的快速发展，电能质量问题越来越突出，在低压三相三线或者三相四线供配电网，存在着严重的电能质量问题：三相功率不平衡、无功问题，这些电能质量问题已经严重影响了电力配网系统供电的可靠性以及用电安全。低压配电网存在的三相功率不平衡问题，将导致变压器出力不足，线损增大，变压器损耗增大，甚至变压器烧毁；无功问题导致无功消耗大，功率因数低，线损率高；有源功率平衡装置针对电力配网系统电能质量问题进行治理，实现三相功率平衡，对于三相四线制配电系统，实现三相功率平衡的同时，消除零线电流，补偿无功，提高功率因数，降低线路损耗。

一直以来，配电网中解决三相不平衡问题主要依靠人为经验。工作人员通过观测台区变压器出线端三相电流大小来判断不平衡电流，然而中性线电流往往被忽视，造成较大的电能损失。随着国家对节能的要求以及人民群众对用电可靠性的要求不断提高，需要对电力配网中存在的三相功率不平衡问题进行更加深入的分析，同时采用先进的技术手段，尽可能减少人为参与因素，解决三相功率不平衡问题。

2 理论分析和仿真

由于配电网中功率的不平衡是由负载电流中的负序分量和零序分量叠加在正序分量上造成的。为了使功率平衡，就要把这些不平衡分量从总电流中提取出来。首先利用对称分量法，将测量的三相负载电流由相分量变换为序分量，得到需要补偿的负序分量电流和零序分量电流的值。

有源功率平衡装置，采用先进的电力电子技术，通过智能化控制方式，自动平衡三相功率（包括平衡有功功率及无功功率），同时消除中性线的基波电流以及零序谐波电流，从而解决电力配网的三相不平衡问题，无功消耗大功率因数低问题，同时实现降低线路损耗、提高输电能力、提高电网的可靠性。在实施上，主要是通过在台区变压器低压配电网配电线路上安装有源功率平衡装置，优化配电网络三相功率平衡、补偿无功，提高功率因数，消除零线电流，起到降低线路损耗以及提高配电网络可靠性的目标。

3 补偿无功和不平衡

补偿负载无功电流时的等效电路图如图1所示。图中下标p和q分别表示有功分量与无功分量。

通过仿真验证补偿无功以及三相电流不平衡补偿：

负荷使用单相电阻负荷，0.1s负荷开始运行，0.2s有源功率平衡装置开始工作，

0.2～0.3s补偿负序电流，0.3s开始负序、零序全补偿。

通过以上仿真，在投入有源功率平衡装置之前，负载三相电流不平衡，三相电流相位不再呈现互差120°，而且N线电流大，有源功率平衡装置投入运行以后，三相电流平衡，而且三相电流相位互差120°，消除了N线电流，有效实现了电力配网三相不平衡问题。

4 应用案例

某供电公司低压配电台区，台区距变电站10KV线路长度为2.2km，10KV主干线路型号为LGJ-35。该台区配变容量为200kVA，供电用户总数188户，低压供电半径800m，低压主干线缆型号为LGJ35-50。2013年度，台区最大负荷时刻电流值分别为111A（A相）、150A（B相）、221A（C相）、91A（零相），存在严重的三相电流不平衡现象、较大N线电流，无功消耗导致功率因数为0.7～0.8。为解决该台区电能质量问题，以往需要每半个月去台区测试并调配三相负荷，但由于农村居民用电存在着较大的不确定性，通过调配负荷的方式难以解决三相不平衡问题，另外电力配网N线电流（零序电流，导致N线电流增大，增加线损，给电力配网带来了安全风险）目前还缺乏相应的解决措施。

为彻底解决该台区的三相电流不平衡、无功以及N线电流问题，本次安装了WSPB-50/0.4有源功率平衡装置，该装置安装于台区低压配电柜旁电杆上，并联接入配电线路。

设备投运前后的数据对比如表1所示。

5 结论

通过仿真分析以及实际应用案例，应用有功功率平衡装置，对于配网电能质量问题治理效果良好，三相不平衡度由60.6%降低到1.90%，功率因数由0.8185提高到0.953，治理效果明显取得了良好的社会效益和经济效益。