三相不平衡治理装置助力提升农网电能质量

发布日期:2018年03月01日

近年来,随着社会经济建设及城市多种经济模式的飞速发展,城镇用电结构及用电量也发生了较大变化;各类居民用电负荷大幅增加,小工业用户众多,负荷昼夜变化大,负荷特性复杂多变;随着城市配变数量越来越多,电网三相不平衡问题已日益凸显,解决并提升电网电能质量是电网规划和建设的主要任务之一。

  • 三相不平衡的定义

三相不平衡是指在电力系统中三相电流(或电压)幅值不一致,且幅值差超过规定范围。各相负载分布不均、单相负载用电的不同时性、以及单相大功率负载接入是导致三相不平衡的主要原因,由于城市民用电网及农用电网中存在大量的单相负载,造成现代电网中三相不平衡现象普遍存在且尤为严重。对台区三相不平衡的治理是农网建设工程实施中的关键一步。

  • 三相不平衡的危害

电网中的三相不平衡会增加线路及变压器铜损,增加变压器铁损,降低变压器出力甚至会影响变压器的安全运行,会造成三相电压不平衡从而降低供电质量,甚至会影响电能变送的精度进而造成计量损失。

  • 三相不平衡的实际治理效果

我公司的电力电子型三相不平衡治理装置设备在四川省绵阳市安县塔水镇玉风村、明星村等多地运行试验证明,城网及农网采用三相不平衡补偿装置具有很好的现实意义,可以切实解决电网中存在的三相不平衡问题。


设备安装、维护方便


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典型案例

四川省绵阳市安县某台区试点采用电力电子型三相不平衡装置治理取得不错的成绩。下图的治理效果数据来自该台区治理设备投入前后的数据变化。

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装置原理


电力电子型三相不平衡治理装置是一款开创性的利用大功率电力电子技术解决电流三相不平衡的产品。其原理是通过CT实时检测电流信号,然后将采集信号通过DSP数字控制处理器分析,之后驱动IGBT功率电路进行整流逆变、利用内部储能直流电容将系统三相不平衡电流转移、平均分配,使三相电流达到平衡状态。具体原理如下:

如图1所示,假设A、B、C三相负载电流分别为:5A、10A、15A,这时候我们就认为此系统的三相电流出现了不平衡,三相电流完全平衡的状态应为A、B、C三相电流全部为10A。

电力电子型三相不平衡治理装置在运行时,会通过外接电流互感器(CT)实时检测系统电流,然后将CT采集到的电流信息发给内部控制器进行处理,经过控制器分析之后,电力电子型三相不平衡治理装置就会发现系统的电流不平衡状态,同时计算出三相电流达到平衡状态所需转换的电流值。以图1为例,A相电流想达到平衡状态则需要增加5A的电流,B相电流正好为10A无需调整,C相电流想达到平衡状态则需要减少5A的电流。计算完成之后,控制器就会通过IGBT驱动电路来驱动IGBT动作,从而使得5A电流从系统C相流入电力电子型三相不平衡治理装置,从电力电子型三相不平衡治理装置内部流出5A到系统A相。从而使得A、B、C三相电流全部重新分配为10A,而系统的三相总电流保持不变。这一系列的计算及控制动作都是在瞬间内完成的。

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图1

在某一个瞬时,C相的IGBT动作,将C相的交流电整流为直流电之后储存在电力电子型三相不平衡治理装置内部的母线电容中,如图2所示。

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图2

而在另一个瞬时,A相的IGBT动作,将电力电子型三相不平衡治理装置内部的母线电容(A、B、C共用同一组母线电容)上的直流电进行逆变,然后释放到系统A相上,如图3所示。

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图3

电力电子型三相不平衡治理装置的动作是瞬时的,而在某一段时间内其吸收发出的电流有效值却是平衡的,因此可以将其动作的结果理解为分流作用,使得系统三相电流的有效值达到一个平衡状态。

当系统内三相电流都偏离平衡点时,补偿原理与以上所述的两相偏离平衡点的状况类似。其根本原则就是将某相多出来的电流瞬间存储到电力电子型三相不平衡治理装置母线电容中,随后从母线电容瞬间发出电流补偿需要补偿的某相。