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三相不平衡治理裝置助力提升農網電能質量

發布日期:2018年03月01日

近年來,隨著社會經濟建設及城市多種經濟模式的飛速發展,城鎮用電結構及用電量也發生了較大變化;各類居民用電負荷大幅增加,小工業用戶眾多,負荷晝夜變化大,負荷特性復雜多變;隨著城市配變數量越來越多,電網三相不平衡問題已日益凸顯,解決并提升電網電能質量是電網規劃和建設的主要任務之一。

  • 三相不平衡的定義

三相不平衡是指在電力系統中三相電流(或電壓)幅值不一致,且幅值差超過規定范圍。各相負載分布不均、單相負載用電的不同時性、以及單相大功率負載接入是導致三相不平衡的主要原因,由于城市民用電網及農用電網中存在大量的單相負載,造成現代電網中三相不平衡現象普遍存在且尤為嚴重。對臺區三相不平衡的治理是農網建設工程實施中的關鍵一步。

  • 三相不平衡的危害

電網中的三相不平衡會增加線路及變壓器銅損,增加變壓器鐵損,降低變壓器出力甚至會影響變壓器的安全運行,會造成三相電壓不平衡從而降低供電質量,甚至會影響電能變送的精度進而造成計量損失。

  • 三相不平衡的實際治理效果

我公司的電力電子型三相不平衡治理裝置設備在四川省綿陽市安縣塔水鎮玉風村、明星村等多地運行試驗證明,城網及農網采用三相不平衡補償裝置具有很好的現實意義,可以切實解決電網中存在的三相不平衡問題。


設備安裝、維護方便


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典型案例

四川省綿陽市安縣某臺區試點采用電力電子型三相不平衡裝置治理取得不錯的成績。下圖的治理效果數據來自該臺區治理設備投入前后的數據變化。

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裝置原理


電力電子型三相不平衡治理裝置是一款開創性的利用大功率電力電子技術解決電流三相不平衡的產品。其原理是通過CT實時檢測電流信號,然后將采集信號通過DSP數字控制處理器分析,之后驅動IGBT功率電路進行整流逆變、利用內部儲能直流電容將系統三相不平衡電流轉移、平均分配,使三相電流達到平衡狀態。具體原理如下:

如圖1所示,假設A、B、C三相負載電流分別為:5A、10A、15A,這時候我們就認為此系統的三相電流出現了不平衡,三相電流完全平衡的狀態應為A、B、C三相電流全部為10A。

電力電子型三相不平衡治理裝置在運行時,會通過外接電流互感器(CT)實時檢測系統電流,然后將CT采集到的電流信息發給內部控制器進行處理,經過控制器分析之后,電力電子型三相不平衡治理裝置就會發現系統的電流不平衡狀態,同時計算出三相電流達到平衡狀態所需轉換的電流值。以圖1為例,A相電流想達到平衡狀態則需要增加5A的電流,B相電流正好為10A無需調整,C相電流想達到平衡狀態則需要減少5A的電流。計算完成之后,控制器就會通過IGBT驅動電路來驅動IGBT動作,從而使得5A電流從系統C相流入電力電子型三相不平衡治理裝置,從電力電子型三相不平衡治理裝置內部流出5A到系統A相。從而使得A、B、C三相電流全部重新分配為10A,而系統的三相總電流保持不變。這一系列的計算及控制動作都是在瞬間內完成的。

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圖1

在某一個瞬時,C相的IGBT動作,將C相的交流電整流為直流電之后儲存在電力電子型三相不平衡治理裝置內部的母線電容中,如圖2所示。

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圖2

而在另一個瞬時,A相的IGBT動作,將電力電子型三相不平衡治理裝置內部的母線電容(A、B、C共用同一組母線電容)上的直流電進行逆變,然后釋放到系統A相上,如圖3所示。

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圖3

電力電子型三相不平衡治理裝置的動作是瞬時的,而在某一段時間內其吸收發出的電流有效值卻是平衡的,因此可以將其動作的結果理解為分流作用,使得系統三相電流的有效值達到一個平衡狀態。

當系統內三相電流都偏離平衡點時,補償原理與以上所述的兩相偏離平衡點的狀況類似。其根本原則就是將某相多出來的電流瞬間存儲到電力電子型三相不平衡治理裝置母線電容中,隨后從母線電容瞬間發出電流補償需要補償的某相。



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