摘要：低压电网三相负荷不平衡对高低压电网、配电变压器、用电设备均会造成一定危害。随着农村非照明电器设备的增加，农村低压电网的三相负荷随着时间、季节的不同而变化，且幅度巨大，直接导致供电质量下降、供用电安全隐患增加，如何解决这种动态的三相负荷不平衡问题，成为供电企业的当务之急。
关键词：低压；三相负荷；不平衡；治理控制
随着电力系统的发展，低压配电网的三相不平衡问题越来越突出，在高压电网中，因负载一般都是三相生产负载，三相负荷基本平衡，但是在低压电网中，是三相生产用电与单相生活负载混合用电的供电网络，而且配网中用电客户以单相居民客户为主，所以单相负荷接入的情况正在整个供电系统中占有很大的比例，因条件和资金限制，单相低压供电线路延伸过长，再加上单相用户的不可控增容、大功率单相负载的接入及单相负载用电的不同时性等客观原因，在配电网中极易造成配电台区三相负荷分配不均衡，这就给低压配电网的安全、稳定及经济运行带来较大的负面影响，因此需要通过采取管理和技术手段，实现对三相不平衡情况的自动调节，降低三相不平衡度，减少电压降落，改善供电电压治理，降低线损。
一、三相负荷不平衡的基本类型
在实际配网中，三相负载不对称可根据其表现特点大致分为三类：
三相负载不平衡，且每一相负荷差大小比例在时间上变化不大。这一类主要为单相用电用户，导致不平衡的原因只是负荷在三相上分配不均。
三相负载不平衡，但每一相负荷差大小比例在时间上变化大。这一类不平衡产生的原因主要是单项负荷波动大，且该波动在三相上是不同步的。
某一时段三相负荷基本平衡，而另一时段不平衡程度相当严重。这类负荷的特点主要是三相用电和单相用电的比例随时间或季节的影响在变化，如一天中的白天和晚上，由于白天生产用电为三相使得三相负荷基本平衡，而晚上生活用电的单相负荷增大导致不平衡度增加。
二、三相不平衡调节原理
2.1智能换相开关
智能换相开关又称相间负荷转移型智能开关，通过短距离无线采集模块与主控开关管理服务器组网运行，将工作电压、负荷相序、负荷电流等数据上传至主控单元或配变终端，并接受主控单元的换相控制指令，进行负荷相内转移调整，具有电流、电压过零点快速投、切转换的工作特性，快速实现负荷的转移，从而实现三相负荷之间的重新分配和调整，实现电网不平衡电流治理。
2.2三相不平调节
对于低压三相不平衡治理，除了在前期线路建设规划时尽量科学、合理的分配单相负荷的接入，还需要从技术上实现三相负荷的实时监视并自动进行调整，在运行过程中动态实现负荷的转移及调整，即建立三相平衡监控系统，实现三相不平衡监测、控制与优化。
三相平衡监控系统根据低压配电网接线方式、台区负荷及用户分布情况选择一定数量的单相负荷分别安装换相开关，该部分负荷作为可调节负荷。在变压器低压侧每回出线处安装控制终端，实时采集监测此回出线三相运行情况，根据采集的数据进行计算平衡度。当控制终端监测到三相不平衡率超过设定数值时，控制终端轮检一遍台区下开关状态，根据可控开关运行情况，进行一系列的控制策略分析，如选择最优动作开关、校验是否满足时间、人工设置等动作条件以及计算调整之后三相平衡率等。满足动作条件则发出控制信号，通过控制终端对指定换相开关进行换相控制，将重载相负荷转移到轻载相上，实现三相负荷平衡。
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三、低压三相负荷不平衡治理控制策略
3.1对中性线电流进行定期的测量
可以建立一个中性线电流的测量制度，对不同的电压器，测量的次数也不同。对于100kVA及其以下的变压器，每个月至少测量一次三相电流和中性线电流，而且测量时要选取在高峰负荷时段进行测量。对于100～200kVA的配电变压器，每个月至少测量两次三相电流和中性线电流，而且测量时要选取在高峰负荷和低谷负荷时段进行测量。对于500kVA以上的配电变压器，每个月至少测量三次，而且测量时要选取在高峰负荷、平段负荷、低谷负荷时段进行测量，测量时还要考虑季节性的特点，在旺季时可以增加一次测量。对测量结果进行准确的测量，如果发现其不平衡时，要及时进行调整。
3.2选择合理的中性线截面
之前，中性线截面的选择一般都偏小，这会造成不良的后果，是一种极不可取的方式。为了有效的降低中性线上电能的损耗，避免中性线被烧断，在选择中性线截面时，要保证其接近或者等于相线的截面。
3.3配网重构
配电网络重构是配电网运行优化的一种有效手段。它主要是通过改变网络中联络开关和分段开关的开合状态，实现馈线或变压器之间的负荷转移，最终达到降低网损、平衡负荷和提高供电质量的目的。
由于配网重构的复杂性，目前利用配网重构解决三相不平衡的方法不多，且大多停留在理论研究阶段，在实际应用中并不多见。常用的方法主要可分为数学优化算法、启发式优化算法、人工智能优化算法等三大类。这些方法大都以系统网损最小或负荷平衡为优化目标。
通过在重构过程中引入图论代数连通度理论，实现对辐射状网络拓扑约束条件的快速处理，同时利用构造的复合型微分进化算法实现了对配电网三相平衡优化重构模型的高效求解。其提出的方法可有效地降低三相不平衡度和网损，改善了各节点三相电压不对称状况。但该法提出的配网重构周期较长，在一定程度上影响了对配网三相不平衡的改善效果。配网重构作为配电网优化运行的一种手段，通过负荷转移，能够有效地改善三相不平衡问题。但由于配电系统的复杂性，能否在较短的时间内完成大规模配电系统的配网重构是衡量配电网络重构实用性的一项重要标准。另外，如何构造计算速度既快，又能获得全局或近似全局最优解的算法。这些都是未来配网重构解决三相不平衡问题达到实用化所需要解决的问题。
结语
在我国低压配电网系统中，由于单相负荷用户接入的不可控增容、单相大功率负载的接入及单相负荷接入不同时性等因素的存在，使得低压配电网三相不平衡问题在保障系统的可靠、经济运行中的影响较为突出，这就导致变压器损耗加大、低压配电线路线损增加以及导致用户侧出现压降等，严重者甚至可能造成事故，影响系统的安全、可靠及经济运行，国家电网公司目前已经提出了加大低压配电系统低电压综合治理的战略，而在低电压治理的诸多解决方案中，低压三相负荷不平衡的治理是其中的重要环节，即根据低压配电网接线方式、台区负荷及用户分布情况选择一定数量的单相负荷分别安装换相开关，该部分负荷作为可调节负荷，核心控制单元定时对线路三相负荷情况进行监测及判断，当三相不平衡度超过设定的范围时，按照负荷转移相关原则对系统负荷转移策略进行运算，得到最优控制策略并控制换相开关进行负荷转移，换相开关采用的是先进电力电子技术，能快速实现在电流或者电压过零点进行换相操作，实现负荷的平稳转移，从而实现负荷的重新分配，在新的平衡状态下继续运行，从而保障了低压配电系统的安全、可靠、经济运行。
参考文献：
[1]方恒福，盛万兴，王金丽，梁英，王金宇，王思源.配电台区三相负荷不平衡实时在线治理方法研究[J].中国电机工程学报，2015.
[2]肖万骏．单相配电技术的研究与应用[D]．北京：北京交通大学，2010
作者简介：
徐旭（1988.2-），男，浙江台州人，中国矿业大学电气工程及自动化专业本科学士，职员，单位：国网浙江省电力公司台州供电公司（浙江，台州）单位邮编：318000
王继富（1986.9-），男，台州椒江人，重庆大学电气工程与自动化学士，单位：国网浙江玉环县供电公司（浙江，玉环），单位邮编：317600 写作方向：配电网建设
论文作者:徐旭1,王继富2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第2期
论文发表时间:2017/3/27
标签：负荷论文; 不平衡论文; 单相论文; 低压论文; 测量论文; 负载论文; 重构论文; 《电力设备》2017年第2期论文;