智能电网解决方案

配电网三相不平衡治理技术解决方案

2019-01-02 09:30:05 admin 10

三相不平衡的存在增加了线路的电能损耗,减少了配电变压器的出力,影响用电设备的安全运行,针对这些问题,本文详细介绍了SVG+换相开关解决方案、SVG+电容解决方案,供大家参考。

演讲提纲:

1、配电网中的电能质量问题

2、配电网三相不平衡治理技术的行业背景及解决方案

3、SVG+换相开关方案

4、SVG+电容方案

配电网中的电能质量问题

低压配电网是近年来国家投资的重点方向之一,其投资主要目的是加强配电网的运行可靠性、提高能源的利用率、加强与用户的互动。低压配电网的电能质量治理问题是提高配电网可靠性的保障。

配电网将会面临或已经存在的电能质量问题有以下几个:

单项复合导致的三相不平衡及设备利用率降低问题。尤其是单向电动汽车充电设备接入配电网之后,三相不平衡问题将会进一步突出。

分布式能源介入。比如分布式光伏、光伏逆变器会有一些谐波畸变。

新型设备(如储能变流器、充电桩)会有谐波特性/谐波叠加的问题。如果不同台数的这个电动汽车充电对配电网谐波特性的影响也不同,数量多,谐波就大,数量少谐波就少。

电网侧接入不同的滤波电路,增加电网的融性特性。大多数电力电子产品都会有高频滤波电路的设计。但如果设备不工作只并网,会呈现融性。

冲击性的负荷增多。比如煤改电设备在启动瞬间会有很大的冲击电流,造成不平衡程度加剧;南方地区(如江浙一带)会炒茶的地方,炒茶机对电流的冲击也很大。

配电网三相不平衡治理技术——行业背景

配电网三相不平衡是几乎所有配电台区普遍存在的一种电能质量问题。

定义:三相不平衡是指在三相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,造成三相不平衡的主要原因是三相负荷不均匀,属于基波符合配置问题。

规定:按照《配网运维规程》(Q/GDW1519-2014)规定,配电变压器的不平衡度应符合:Yyn0接线变压器负荷不平衡度不得大于15%,零线电流不大于变压器额定电流的25%;Dyn11接线变压器负荷不平衡度不得大于25%,零线电流不于变压器额定电流的40%。

低压配电网中三相负荷和单项复合共存。因为家庭中大多数用电设备(如电饭煲、电脑、洗衣机、冰箱等)都是单项的,因单项用电负荷用电行为的不一致性,造成三相不平衡已成为一种常态。并且居民用电情况受季节、天气、节假日等因素影响,导致三相不平衡情况存在更大的不确定性。

因此想通过电工调相、分配负荷等管理的手段彻底解决三相不平衡问题有一定难度的。

光伏扶贫、家电下乡、返乡创业都会有影响供电可靠性,包括电压合格率、斜波电能质量问题,都已经在农村电网/低压配网中浮出水面。

随着分布式光伏扶贫政策的落实,大量分布式光伏电源接入农村电网,而无序接入肯定会导致三相不平衡度增加;还有很早以前有一些家电下乡的补贴政策,极大促进了农村家电的普及,这也是造成三相不平衡或者电能质量问题突出的一个因素;再者是某些地区有一些回乡创业,如在家开办各种小型工厂,使农村用电量剧增。

三相不平衡有哪些危害?为什么要治理三相不平衡?

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

①增加线路的电能损耗。在三相四线制供电网络中,电流通过线路导线时因阻抗问题,必定会产生电能损耗,其损耗与通过的电流平方成正比。当低压电网以三相四线制供电时,由于有单相负荷存在,造成三相不平,当三相不平衡运行时,中心线肯定有电流流过,因此不但象限上损耗的增加,同时中心线也会产生相应损耗,从而增加了电网线路的损耗。

②增加变压器的电能损耗。由于三相不平衡有零序电流的存在,会造成变压器铜损或铁损升高,会增加变压器的损耗,会影响变压器运行温度,造成变压器使用寿命降低。

③减少配电变压器出力。在设计配电变压器时,每一相的容量设计是一样的。但三相不平衡运行时,会将三相的复合或两相的负荷叠加到其中某一相,就可能会导致其中某一相过载,而另外两相或一相根本没有负荷,使变压器利用率有所降低。

④配变产生零序电流。零序电流会导致变压器产生铜损或铁损,包括磁制或涡流的损耗,造成变压器绝缘因过热而老化或者寿命降低等问题,增加变压器损耗。

⑤影响用电设备安全运行。由于三相不平衡的存在,会导致变压器电压中心点偏移,会造成负荷较重的一相电压较低,负荷较轻的一相电压较高,因此造成高/低电压的问题:若电压过高,可能会影响设备的安全运行,甚至是直接损坏;若电压过低,可能会造成设备的运行电流扩大,导致过电流的问题。这些都会用电设备的安全运行。

⑥电动机效率降低。由于三相不平衡产生负区磁场,对电动机有一定的制动作用,使电动机输出功率减少,从而导致电动机效率降低,同时电动机的温升和无功损耗也会随着三相不平衡程度的加大而加大。所以电动机在三相不平衡情况下运行是非常不经济且风险特别高的。

配电网三相不平衡治理技术——解决方案

2015年5月22日,国家电网公司发布了《国网运检部关于开展配电台区三相负荷不平衡治理问题的工作通知》,其中提了三种治理手段:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

①换相开关型

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

②电容器型;

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

③电子电子型产品。

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

综合三种解决方案的优缺点对比:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

SVG+换相开关方案

三种解决方案技术都有各自的优缺点,但将几种产品相互组合,可达到优势互补的作用。首先介绍SVG+换相开关方案:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

从上图可见,SVG在变压器的出口侧做不平衡补偿,换相开关在线路末端做不平衡补偿,相当于将线路末端与台区出口的不平衡都做了一个很好的补充,该方案可通过SVG直接控制换新开关,达到真正的互补补偿。

优点:

SVG直接对换相开关进行控制,采用换相开关粗调,SVG微调的模式,实现不平衡线性补充;

SVG产生的功耗与换相开关降低的线路损耗相互抵消,解决了使用SVG增加线损的诟病;

有SVG的存在,可同时具备无功补偿和谐波治理功能,综合解决台区配变电电能质量问题;

既能解决线路上的不平衡,又能实时满足对三相不平衡考核指标的要求;

可缓解末端线路低电压问题,同事延缓线路老化。

用SVG+换相开关方案与纯SVG型(也就是纯电子型),还有换向开关方案进行对比:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

具体解释一下为什么用30Kvar+6只开关?根据现场多次实验经验,换相开关在安装到线路上时,可以在这重载相上装3个,在中载相上装2个,在轻载相上装1个,这样可以解决线路末端不平衡的大部分负荷均衡的问题。30Kvar的SVG在台区应用中可做一定的线性补偿,

从整体对比来看,SVG+换相开关方案性价比最高。

分享一个案例,以下数据是从供应公司了解到的:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

下图为电能质量分析仪测量出的数据,直观观察效果对比:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

下图从线损方面分析,具体计算过程暂时略过,可以看到SVG在这一时刻产生的损耗大概是0.6千瓦,换相开关在这一时刻降低损耗大概是6000瓦:

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

综合来看,改方案在这一时刻还可以综合降低线损5.4千瓦,达到降低线线路损耗的目的。

SVG+电容方案

配电网三相不平衡治理技术解决方案【干货】

SVG和电容器是安装在上图中的架子上,然后整体放到补偿室中。原理和SVG+换相开关方案是基本相通:SVG直接对电容器进行控制,实现线性补偿的效果。

该产品的设计难点在于结构安装的尺寸还有控制逻辑。由于补偿室空间有限,对散热和保护的要求较严。

优势:

SVG直接对电容器进行控制,实现线性补偿的效果,实现高性价比;

不平衡模式下,采用先相间跨接补偿电容粗调后,SVG微调,实现了整寄最小功耗;

控制策略多样化,可配置共补电容、分补电容以及相间跨接补偿电容;

多参数协调控制功能,如电压、功率因数,无偷窃震荡、无补偿呆滞区间;

SVG产生的功耗与换相开关降低的线路损耗相互抵消,解决了使用SVG增加线损的诟病。

精彩问答

1:请问SVG+换相开关方案与SVG+电容方案的劣势分别在哪里呢?还有就是SVG+电容方案价格会比SVG+换相开关方案的性价比更高吗?

答:SVG+电容方案最致命的缺点是无法从线路末端解决不平衡的问题,因为SVG和电容这两种方式本身都不能从线路末端解决问题。但有价格较低的优势。

另外,该方案需要现场有一定的无功补偿需求来支撑,若现场功率因数较高,该方案是不适用的。这主要是由于电容器在有功的同时会产生融性无功,若现场的感性无功比较小,那就会造成过补偿,对电网安全运行造成隐患。

2:SVG+电容方案与SVG+换相开关方案,哪种更安全?

答:从应用的角度上来讲,因为SVG+电容方案属于纯并联型,即使损坏也不会对配电网产生影响;SVG+换相开关方案属于串联线路,一旦换相开关损坏,就会对宫供电安全产生影响。换相开关其实是继电器形式/金叉管形式/负荷开关形式的一种开关,这种技术目前已经比较成熟,其安全稳定性是有一定保证的。

3:SVG+电容与SVG+换相开关两种方案的尺寸相差多少?

答:这个尺寸没有办法来对比。SVG+换相开关是一个分布式的应用,换相开关要放到线路末端,SVG在变压器出口用作远程控制,例如通过载波、无线通信等的方式来控制换相开关。这两种产品在应用时有一定距离,是通过通信方式来解决控制问题,所以这个尺寸没有办法对比。