论文导读：并提出采用大容量电力电子技术的基本方法。自身产生较大谐波。它把逆变器电路看成是一个产生基波和谐波电压的交流电压源。
关键词：电力电子，逆变，整流，谐波
0.引言
随着我国经济的发展，用电设备的类型越来越多。在三相供电系统中，除了大量的对称负荷外，还新增了许多不对称负荷和单相负荷。由于单相负载的大量应用，且各负荷的用电不同时等原因，导致三相四线制配电系统出现了严重的三相不平衡的运行状态，给系统的安全稳定运行和用户设备的正常可靠使用造成了严重的危害。
本文中从人工和技术两方面提出了目前三相不平衡的解决方法，重点解析了新技术方面的内容，突出了各种方法的优缺点，并提出采用大容量电力电子技术的基本方法。
1.国内外三相平衡系统研究现状
1.1人工方面：
(1) 完善基础资料：每年组织专人在春季绘制一次配电变压器网络图和负荷分配图, 把每个台区供出的各相上的用电户名、户数、电能表的型号等有关数据绘制成方便易查看的表格, 平时经常检查有无遗漏或新增用户,结合负荷变化情况及时更新。
(2) 加强测试：给专人配备钳形表,每月至少进行一次负荷测试,对配电变压器负荷状况做到心中有数,为调整配电变压器负荷提供准确可靠的数据。利用检修停电时间调整负荷。
(3) 加强用电管理：对临时用电，季节性用电，管理人员必须熟悉情况，如安装地点、用电量的变化情况等, 根据情况及时做好负荷调整工作。新增单相设备申请用电, 做好负荷的功率分配, 进行合理搭接, 尽可能均匀分配到三相电路上。注意大的三相四线制用户内部三相负荷平衡问题, 协助他们调整本单位三相负荷。
(4) 调整三相负荷做到“ 四平衡”：四平衡既计量点平衡、各支路平衡、主干线平衡和变压器低压出口侧平衡, 重点是计量点和各支路平衡, 可把用户平均用电量作为调整依据, 把用电量大致相同的作为一类, 分别均匀调整到三相上。由于三相同时引人负荷点比单相引入负荷点时损耗显著减少, 为了取得三相负载的对称, 应将三相线路同时引入负荷点, 尽量扩大三相四线制的配电区域, 减少单相供电干线长度, 接户线应尽量由同一电杆上分别从三相引下, 且三组单相接户线的负载应尽量平衡。
1.2新兴技术方面：
（1）三相自动平衡器
用于380 V 配电网中的平衡器的工作原理如下图所示，电流采样器采集配电网三相电流，通过模/数转换器将模拟信号转换为数字信号，经接口电路送至单片机进行比较，发出指令，输出放大后启动开关控制电路，将大电流相中一部分负载切换到小电流相，以降低（Pmax-Pmin），使三相电流不平衡度满足要求，实现三相相对平衡。当三相负载的变化未超过允许值时，平衡器不予调整，维持现状，以避免频繁切换。
图1 三相自动平衡器的工作原理框图
（2）早期无功补偿装置
早期的无功补偿装置主要是无源装置，方法是在系统母线上并联或者在线路中串联一定容量的电容器或者电抗器，它主要包括同步调相机和静电电容器。
同步调相机又称同步补偿器，是早期无功补偿装置的典型代表。它不仅能补偿固定的无功功率，对变化的无功功率也能进行动态补偿。当系统电压下降时，它通过控制励磁发出和吸收无功功率，并通过电压调节器自动调节无功功率的大小以维持端电压恒定。它的损耗和噪声都较大，运行维护复杂，响应速度慢。
静电电容器可以改善线路参数，减少线路的感性无功功率，补偿系统的无功功率。由于它供给的无功功率与节点电压的平方成正比，当节点电压下降时，它供给的无功功率反而会减少，所以静电电容器的无功功率调节性能较差。论文参考。但由于其维护较方便!装设容量可大可小，既可集中使用又可分散装设，所以目前仍是中国采用的主要补偿装置。
同时，无源装置使用机械开关，它不具备快速性、反复性和连续性的特点，因而不能实现短时纠正电压升高或降落的功能。
（3）静止无功补偿装置SVC
静止无功补偿器(StaticVar Compensator)，是将电容器（及电抗器支路）与输电线路并接，通常接于开关站或变电所母线，通过晶闸管控制的无功功率动态补偿，调节母线电压和线路无功功率在所需水平上，从而提高电力系统稳定性，扩大线路输送容量。
SVC技术又分为：自饱和电抗器型（SSR）、晶闸管相控电抗器型（TCR）、晶闸管投切电容器型（TSC）、高阻抗变压器型（TCT）和励磁控制的电抗器型（AR）等几种不同类型。世界各国普遍采用TCR和/或TSC型SVC作为电网的动态无功支撑点，以提高输电能力或加强电网的安全稳定运行。
SVC特点：
1、应用较为成熟，目前应用较多。
2、自身产生较大谐波，需无源滤波器配合。
3、TCR只提供感性无功，容性无功需FC或TSC电容器组提供，占地面积大。
4、响应速度慢（2~3个周期）。论文参考。
5、对快速的冲击负荷补偿效果较差。
(4) 静止无功发生器(SVG)
SVC装置为补偿 0～100 %容量变化的无功功率，几乎需要 100 %容量的电容器与超过 100 %容量的晶闸管控制电抗器，铜和铁的消耗很大。论文参考。从技术发展来说，这种类型的静补偿装置已不能说是先进的。近年来的发展趋势是采用可关断晶闸管（GTO）构成的自换向变流器，通常称为静止无功发生器（SVG），它既可提供滞后的无功功率，又可提供超前的无功功率。
SVG是采用 GTO 构成的自换相变流器，它把逆变器电路看成是一个产生基波和谐波电压的交流电压源，控制补偿器基波电压大小与相位可改变基波无功电流的大小与相位。当逆变器基波电压比交流电源电压高时，逆变器就会产生一个超前（容性）无功电流。反之，当逆变器基波电压比交流电源电压低时，则会产生一个滞后（感性）无功电流。因此它能与系统进行无功功率的交换 ,故称其为“无功发生器”。
与 SVC 相比，其调节速度更快且不需要大容量的电容、电感等储能元件，谐波含量小，同容量占地面积小，在系统欠压条件下无功调节能力强。
(5)Smartpower节电器
SmartPower系统节电器利用“平衡控制变压系统”绕组的相互交叉连接，可以消除各相位间的电压和电流的不均衡，维持控制其平衡性。
这种特殊绕组，可以相互补偿铁心的磁通量，最大限度地控制各相感应电动势的一致性，从而保持三相平衡，降低零线电流等额外损耗，它是最新一代可以改善电力消费状况高新技术产品。
2.研究趋势和前景展望
随着电力电子器件容量的不断增大以及价格的逐步下降，使用基于电力电子器件的技术来替代原来的机械开关方式的解决方法也将是今后的发展趋势。三相系统中基波不平衡度在增大的同时，由于各次谐波所导致的不平衡问题将成为将来所遇到的主要问题，因而需要有一种方案来同时解决基波无功和有功不平衡，以及消除由谐波造成的不平衡。本文提出的设计方案具备了解决上述问题所需要的全部功能，因而是未来最有发展前景的解决方案之一。
拟采用的装置功能原理图下图所示。
图2 本装置的结构原理框图
装置工作原理如下：原始的不平衡负载可能引起较大的中线电流，如图中ILN所示。若不进行补偿，则此电流将流入系统中线。在系统与负载中间增加一个三相不平衡补偿装置，该装置从系统吸收三相对称的基波电流，通过整流桥变换为直流，再通过具有中线的逆变桥变换为所需要的电流。以中线电流为例，对装置来说若以流入装置为电流的参考方向，则如能使得装置中线吸收的电流与负载侧中线电流一样，即ILN=IFN，则对系统中线而言，ISN=ILN-IFN=0。从而解决了系统侧中线电流过大的问题。同时装置的ABC三桥臂还可根据参考电流产生所需要的电流，对负载的不平衡三相电流进行补偿，目标是使得系统侧ABC三相的电流为三相基波对称分量。从而解决三相不对称问题。
3.结论
采用不同的方法各具有其优劣性，本文提出的采用大容量电力电子技术，装置适应能力强，响应速度快，控制精度高，装置无任何耗能元件，节能效率更高。采用三相四线制结构，能同时补偿不平衡电流，同时还可滤除谐波并提供无功功率的支持。因此是未来最有发展前景的解决方案之一。
参考文献：
[1]王兆安，电力电子技术[M].北京:机械工业出版社，2000
[2]王兆安，谐波抑制和无功功率补偿[M].北京:机械工业出版社，2006
[3]梅岭芳，配电网的三相平衡[J].工业加热，2007
[4]张红，谭万禹.STATCOM与SVC在电力运行系统中的比较分析[J].吉林电力，2009
[5]罗昭波，配电变压器三相平衡与无功自动补偿[J].降损节能，2007.
|
