山东山大华天科技集团股份有限公司

　　1 配电台区电能质量问题概况

　　配电变压器是低压配电网的主要设备，三相负荷的平均分配是确保电能质量、提供安全可靠供电的重要环节。由于农村大功率电器、非线性负荷的广泛使用，导致城网农网配电台区电能质量出现诸多问题。低压配电系统多为单相、三相负荷混合供电，由于负荷大小不同及用电时间的差异，出现三相电流不平衡且难以根本消除。配变三相不平衡，使台区相电压出现偏移，重负荷所在相电压偏低，轻负荷所在相电压偏高；同时，三相不平衡产生三次谐波，三次谐波引起零线电流过大，使配电系统零线的电缆出现过负荷引起绝缘老化加速、引起变压器过热、噪音、使保护装置意外动作等。

　　配电台区电能质量问题（不平衡、无功功率、谐波）对电网的影响主要体现在以下几方面：

　　（1）增加线路的损耗，增加供电企业运行成本，降低经济效益；

　　（2）增加变压器损耗，缩短变压器使用寿命；

　　（3）谐波改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断等。

　　现阶段配电台区电能质量问题解决主要依靠小容量无功补偿装置来实现。补偿装置多采用三相电容器，三相不平衡问题未得到根本解决，同时三次谐波未得到治理。

　　2 现场测试数据分析

　　测试地点：国网山东公司。测试仪器：FLUKE435电能质量分析仪。未安装设备前测试数据如下：

　　测试数据显示：治理前该台区三相电流不平衡度为17.5%，功率因数0.9，电流谐波含量达到22.9%。为提升该台区电能质量，不平衡、无功功率、谐波均需有效治理。

　　3 三相不平衡补偿装置系统简介

　　HTSPO-0.4kV/100kvar三相不平衡补偿装置由山东山大华天科技集团股份有限公司研发制造，用于提升配电台区电能质量的新型电力电子装置。该装置内置无功发生器（SVG），采用智能算法进行控制，对三相负荷不平衡、无功功率、谐波具有综合补偿能力。在补偿三相不平衡、谐波、无功功率等方面有着优越的表现。

　　（1）三相不平衡补偿原理

　　控制器通过电流传感器实时检测系统电流，并分析判断系统是否处于不平衡状态，同时计算达到平衡状态时所需要的补偿电流，并控制逆变器产生电流，使电流从大的相转移到小的相，最终使三相电流达到平衡状态。

　　（2）谐波补偿原理

　　装置内置的SVG可以开启30%滤波容量，实现有源滤波功能。SVG由控制器和补偿电流发生电路两个主要部分组成。控制器实时监视负载电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入内部的高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将基波无功电流和谐波电流提取，得到指令电流，并通过电流跟踪控制电路和驱动电路，以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT功率模块，生成反向等值补偿电流注入电网，从而实现对负载无功电流和谐波电流的动态、快速、彻底治理。

　　（3）无功补偿原理

　　控制器一方面控制投切开关快速投切电容器组实现大容量的无功补偿，另一方面控制SVG产生精细的无功功率，实现无功功率的快速连续调节。整机的响应时间可以达到20ms，在整机容量内可对快速变化的无功负荷进行有效补偿。

　　（4）外形图

　　（5）通信方式

　　远距离通信时装置可配置GPRS模块连接网络，用户可在客户端查看数据及对设备进行参数设置；近距离通信时装置可配置WIFI无线通信，用户可在具有WIFI功能的终端设备（如手机）查看数据及对设备进行参数设置，方便调试。

　　4 安装效果

　　国网山东公司所安装HTSPO-0.4kV/100kvar三相不平衡补偿装置一台，经调试后，于2017年8月正式投入使用。

　　测试数据显示：安装低压静止无功补偿装置后，该台区三相负载不平衡、无功功率、谐波都得到有效的补偿治理。

　　设备安装前后效果对比如下：

　　设备投入运行后，三相电流平衡，电流波形接近正弦；电流畸变率从22.8%降低到3.3%；3次、5次、7次谐波电流基本消除；功率因数为1.0；变压器利用率得到明显提升，线损降低，起到了良好的节能效果。

　　根据供电局反馈，设备投入运行后三相不平衡问题得到解决；电流畸变率下降；无功功率得到良好的补偿；电能质量状况改善明显，如能大规模推广效果会更加明显。

　　5 节能分析

　　（1）补偿不平衡节能分析

　　（2）补偿无功功率节能分析

　　补偿前无功功率22.6kvar，补偿后剩余无功功率5.5kvar，补偿无功17kvar。

　　根据国家无功经济当量标准规定，每补偿1kvar无功功率相当于降低有功功率损耗0.02kW-0.04kW，根据实际配电情况，取值0.03kW/kvar，按照补偿量17kvar计算：

　　PL3 ≈17kvar×0.03 kW/kvar=0.51kW

　　因此，安装低压静止动态无功补偿后，无功功率治理每年的经济效益为：

　　0.51kW*10小时*365天*0.7元/度=1303元

　　（3）补偿谐波节能分析

　　治理谐波提高变压器和负载的运行寿命、减少运行故障等隐性效益，无法量化。

　　6 结论

　　HTSPO-0.4kV/100kvar三相不平衡补偿装置运行后，配电台区电能质量的治理效果明显，有效的治理了三相不平衡，同时滤除谐波，补偿了无功，使得整个配电台区安全可靠性大幅提升，同时降低了线路的损耗，提高变压器利用率，达到了良好的节能的效果，值得广泛推广。