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安科瑞秋季补习班之:三相不平衡治理装置的运用
发布时间:2018-10-16   点击次数:523次

 安科瑞王长幸

  引言

    由于由于电力电子技术的快速发展,电网中出现了大量非线性负载和不平衡负荷(如LED灯、UPS、变频器等)以及新的发电方式与储能方式的推广使用(其中有大量的整流与逆变器),出现大量三相不平衡情况,(三相负载的不合理分配,用电负荷的不断变化,对于配电负荷的监视力度的削弱,断线故障,接地故障)。引起了增加线路的电能损耗,配电变压器的电能损耗,配变出力减少,配变产生零序电流,影响用电设备的安全运行,电动机效率低下,仪表损坏,功率因数低下,零序导体发热甚至引起火灾等危害。

    为了避免上述情况,1:我们可以将不对称负载分散到不同的供电点,以减少集中连接造成不平衡度严重超标的情况:。2:使用交叉换相等办法使不对称负荷合理分配到各相,尽量使其平衡化。3:加大负荷接入点的短路容量来提高系统承受不平衡负载的能力。但这些方法或因在电路设计阶段就应实施,或因操作难度较高,或因施工成本过高,对部分用户难承受。

    而三相不平衡治理装置使用并联安装方式安装在系统电网中,使用模块化安装,方便施工整改,设计容量时容错率高(如果容量不够可增加模块扩容使用),设备容量有余量的时候还能进行无功补偿和谐波治理,用户整改时停电时间短,等优点。

  三相不平衡度的计算

    三相不平衡度”其实有二个,一个是三相电压不平衡度,另一个是三相电流不平衡度,二者互相影响;

    三相电压不平衡度是指三相电力系统中三相电压的不平衡程度,用电压负序分量与正序分量的方均根值百分比表示;测量时需要在系统正常运行的小运行方式下,负荷不平衡度大的时候测量;按国标规定,电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%,短时不得超过4%。接入公共连接点的每个用户引起该点正常电压不平衡度允许值一般为1.3%,短时不得超过2.6% 。

    三相电流不平衡度是指三相电力系统中三相电流的不平衡程度,用大相电流值减去小相电流值再除以大相电流值的百分数表示;

    三相电流不平衡度=[(大电流-小电流)/大电流]X100%

    三相电流不平衡度一般为电压不平衡度的4-7倍。如电压不平衡度为5%时,电流不平衡度为20%-35%。据统计,5%的不平衡度电压会使电动机的损耗增加20%以上。

  三相不平衡治理的原理

    ANSPC根据系统电流,进行dq坐标旋转,提取不平衡分量,三相发出与不平衡分量大小相等相位相反的电流,将不平衡部分补偿到零,就能将三相不平衡电流校正成三相平衡电流。

图一

    如图一所示:隔离开关合闸后,为防止上电时电网对直流母线电容器的瞬间冲击,ANSPC首先通过软起电阻对直流母线的电容器充电,这个过程会持续几十秒。当母线电压Udc达到预定值后,主接触器闭合。直流电容作为储能器件,通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。ANSPC通过外部CT实时采集电流信号送至信号调理电路,然后再送至控制器。控制器将基波成分分离,提取出所有的谐波电流、无功电流、三相不平衡电流,将采集到的要补偿的电流成分和ANSPC已发出的补偿电流比较得到差值,作为实时补偿信号输出到驱动电路,触发IGBT变换器将补偿电流注入到电网中,实现闭环控制,完成补偿功能。

  工作模式

    三相不平衡治理装置是一种用于治理三相不平衡,补偿无功,滤除谐波,提高功率因数,实现无极补偿效果的新型电力电子装置;智能控制系统主动根据系统的线性动态需求,自动调节有源及无源模块的输出配比;ANSPC整机主要是由ANSPC模块并联、通讯组成;能完成更大容量的无功谐波电流的补偿,整机通过一个7寸触摸屏实现人机交互。触摸屏通过RS485与ANSPC模块进行通信。

  招标情况与市场趋势

    近两年,三相不平衡的治理被越来越多的人关注,无论从国家电网办公厅出台的文件通知,还是各地市局、省局对三相不平衡的招标情况,三相不平衡已从原始的方式变成现在的智能化、简捷化、可靠化的产品。

    国家电网公司近期正在制定《三相负荷不平衡自动调节装置选型与检测技术规范》,即ANSPC的国网企业标准,国家电网运检三2017 68号文件中,详细阐述了国家现在对于治理三相不平衡的重视程度,从工作思路、治理范围、重点措施及工作要求上详细的写出来治理的目的、要求,并把现阶段的三种方式一一列举出来了。由此可见国家电网公司由以前的倡导到现在“实打实的干”了!

  产品ANSPC特点

    1. 模块化设计,方便更换;

    2. 可校正三相电流不平衡到完全平衡;无功补偿可使功率因数达到1;可补偿13次以内低次谐波;补偿三相不平衡、滤波、补偿无功可单选或多选,并可设置功能的优先次序;

    3. 采用滑动窗迭代DFT检测算法,计算速度快,瞬时响应时间小于0.1ms,装置补偿全响应时间小于10ms;

    4. 在现场的CT接线位置可任选负载侧或电网侧采样;

    5. 采用可靠的限流控制环节,当系统中的待补偿电流大于三相不平衡治理装置容量时,装置能够自动限流在100%容量输出,维持正常工作,不会出现过载烧毁等故障;

    6. 主电路采用三桥臂的三电平结构,输出波形质量高,开关损耗低;

    7. 室外安装方案防护等级达到IP54,有效防雨。

    8. 自带GPRS通讯,可远程遥控开关机、设置控制参数,并按照指定的频率回传电网与装置数据到云端,用户可随时查看监控电网与设备的状态。

    9. 自带加热器以及调速风机,可在极寒冷与极炎热的室外正常工作。

  三相不平衡治理案例

  某供电公司农网改造

    某市供电公司针对所管辖的配电网台区存在三相不平衡及无功问题进行集中挑檐、汇总分析,并筛选了15个台区通过加装三相不平衡设备进行改造,此次改造采用本公司三相不平衡治理装置。

    对15个台区进行集中安装,并成功投运,治理设备主要用于调节三相有功不平衡,兼补偿无功.

改造前

改造后

    如上图所示,改造后各相电流峰值明显比改造前各相电流峰值更接近了,效果良好。

  北京煤电改造

    为治理雾霾,北京市启动了“煤改电”项目,要求居民从烧煤供暖改成电热炉供暖,尤其是北京郊区。煤改电的设备为单相负载,工作时电流很大,会造成三相不平衡以及电压跌落,因此需要治理。

安装现场

效果对比图

  治理效果

    当电网三相电流平衡时,N 线电流基本为零,实际所测的结果也是如此,负载N 线电流因为三相不平衡,而在50-150A 之间分布,补偿后,电网侧的N 线电流基本降为零,说明三相不平衡电流治理效果良好。(其中,序号9 的肖庄10 号变的补偿效果不如其他台区效果明显,发现在当时三相不平衡设备ANSPC 已经达到50kvar 满负荷运行,不平衡程度超过了设备容量,所以这个点的补偿容量需要继续加大。)根据当前补偿效果,建议农网315 与400 的变压器都安装100kvar 的ANSPC 为宜。

    总体而言,北京电网应用ANSPC 三相不平衡治理装置改善因煤改电而引起的三相不平衡现象,效果很好,基本都得到了的治理,绝大部分的台区的N 线电流基本为零,三相不平衡度基本控制在了1%以内。

  结束语

    安科瑞三相不平衡补偿装置(ANSPC)集电能监测、设备保护、通讯功能于一体,且具有强大的三相不平衡治理能力,在留有余量的情况下还可以继续无功补偿与谐波治理,可应对各种需三相不平衡治理,功率因数不够,谐波畸变率超标的场合。其治理效果一则加强了电网的输配电能力,降低损耗;二则避免了用户因功率因数不足而被罚款,为用户带来了极大的经济效益;三则提高了电网的电能质量,消除系统谐波,保障了用电设备的工作精度和使用寿命。由此可见,混合动态滤波补偿装置的使用对供用电双方都有益,既提高了电能质量,保证了设备运行性能和寿命,又创造了经济效益,实现了双方的共赢。

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