（1、3、4国网安徽省电力公司芜湖供电公司 芜湖 241002；2中电普瑞科技有限公司 北京 102200）
摘要：现代电力电子技术及相关产业的迅猛发展，促使电网和负荷的构成出现了新的变化趋势。大量非线性冲击性负荷和单相负荷的接入和运行，进一步加剧了电网电压波动、闪变、三相不平衡等现象，并严重威胁电网的安全稳定运行。因此，如何优化配电网络一直都是国内外研究的重点，而配电网络三相不平衡调节更是其中的重要内容。本文针对上述问题，并结合我国低压配电网系统的特点，研制了一套低压三相不平衡调节装置样机，进行了相关实验研究。实验结果表明这种调节装置具有出色的调整三相负荷不平衡的能力，而且性能优越。
关键词：电力电子；三相不平衡；换相开关；低压配电网
1 背景
近些年来，在我国国民经济迅猛发展的大背景下，电力系统所承担的角色也越来越重要，同时也催生了许多新的技术难题，如何改善电力系统三相不平衡就其中一个较为棘手的课题[1]。目前，在国家电网公司低压配电网系统中，存在着大量的单相、不对称、非线性、冲击性负荷。三相负荷系统是随机变化的，这些负荷会使配电系统产生三相不平衡，三相负荷不平衡会导致供电系统三相电压、电流的不平衡，引起电网负序电压和负序电流，影响供电质量，进而增加线路损耗，降低供电可靠性[2,3]。
本项目研制一种380V智能化、环保型智能三相不平衡治理开关(DUS)，它融合了可控硅和交流接触器的优点、将可控硅与继电器并联，采用DSP控制，在投入和切除的瞬间由可控硅承担过零投切（即电压过零时投入，电流过零时切除），然后由磁保持继电器接通运行。由于可控硅过零投切，具有无涌流特点，并且导通时间极短，不会引起发热，磁保持继电器在吸合和断开瞬间都没有涌流和火花，对电网无冲击，是理想的三相不平衡治理开关。本文的主要研究内容如下：
(1)简要介绍了三相不平衡装置的工作原理。
(2)研究切换方式与控制保护策略。
(3)对装置的技术特性进行了说明。
2 工作原理
装置由主控制器与智能换相开关组成。主控制器根据各组换相开关电流大小智能分配各相电流，确保三相负荷平衡。换相开关采用双相晶闸管并联接触器结构，换相过程不停电、无冲击、切换速度快，换相开关与主控制器之间通过GPRS无线通讯，易于扩展免维护，装置系统示意图如图1所示。
主控制器是整个装置的控制终端，每套装置只有一个主控制器。它负责采集整个装置的各种状态信息和数据，通过逻辑运算发出各种指令完成整个装置的操控。它检测配网总线的电压信号；接收换相开关上传的负载电流数据，计算负载平衡度及分布情况，通过分析计算给各个换相开关发出换相命令；接收换相开关上传的运行状态和故障信息，然后做出相应的控制操作。
换相开关是装置的分支和执行机构，根据配变的容量与负载的分布情况不同可灵活选择换相开关的容量和数量。它负责采集负载电流数据，与自身的状态信息一起通过GPRS无线通讯上传给主控制器；接收主控制器的换相命令进行换相操作；接收主控制器的故障保护命令进行相应的操作；显示自身的运行状态信息。
每套三相不平衡调节装置只有一个主控制器，但换相开关的数量是不定的，根据现场应用情况的不同，配备数量不等的换相开关。换相开关与主控制器之间通过GPRS无线通讯的方式实现信息交互，这样现场应用安装灵活。因为采用的GPRS通讯方式，每套装置可定时向用户的控制终端（如手机）发布装置运行信息。
3 控制策略
3.1系统级控制策略
系统级控制策略流程图如图2所示。
图2 系统级控制策略流程图
3.2装置级控制策略
图3 装置级结构图
装置级结构图如图3所示。每个开关接4户负荷，根据每个换相开关的物理地址进行编组，每三个开关一组，共分为N组（若不是3的倍数，剩余负荷不参与调节），每组分别接入A、B、C三相。当主控制器检测到电压不平衡时，计算各相电流总和，得到排序为X>Y>Z，选择每组开关X>Z部分，然后找出最接近X-Z的组别，将X与Z进行换相操作（开关未动之前可预测计算）。无论如何操作，每组内的换相开关必须分别接A、B、C中的一相。
装置所采用的换相开关如图4所示，换相开关采用晶闸管阀与交流接触器并联结构，其中晶闸管采用反并联结构。在配电网三相不平衡度满足国标要求时，换相开关保持在工作相，工作相交流接触器合闸，晶闸管闭锁；非工作相交流接触器处于分闸状态，晶闸管闭锁[4]。在系统三相不平衡度超过国标要求时，换相开关会切换至低负载相，工作过程如下：工作相晶闸管导通，工作相交流接触器分闸，工作相晶闸管关断，低负载相晶闸管过零导通，低负载相交流接触器合闸，低负载相晶闸管闭锁。
图4 换相开关示意图
4 技术特性
三相不平衡治理：能够对配电网三相不平衡进行调节，使三相支路平均分配负荷，降低三相不平衡引起的三相负载及变压器损耗，提高供电质量和供电可靠性，降低用户投诉率；
不停电切换技术：采用过零换相技术，换相时间最大10ms，能够避免在负荷投切瞬间产生的较大涌流，避免对用户的用电设备产生影响；
智能缺相不停电技术：对于单相线路故障引起的用户断电，DUS开关可快速断开故障相，同时主控系统进行快速计算，并将用户切换至线路电流裕度最大的正常相运行，避免用户断电，提高供电质量；
台区最优配置计算：可根据台区用户情况，容载比对台区内需安装的DUS数量进行最优计算，计算调整负荷三相不平衡所需的最少设备数量，减少设备投资，使装置经济效益达到最大化；
节能可靠：采用双相晶闸管并联接触器结构，避免传统换相开关中半导体器件长期运行带来的发热问题，将大幅提高配网运行稳定性和安全性，装置自身损耗小，接近零损耗，对环境无电磁污染、无噪声污染；
智能控制免维护：采用高速数字信号处理器（DSP）和阀触发系统，结合先进的控制策略，根据负荷特性实时、智能调节各组换相开关组合，快速平衡负荷，达到最优控制结果；
可扩展可重构：各换相开关与主控系统通过GPRS无线通讯进行数据交换，根据负荷的增减，对换相开关进行扩展和重构；
安装方式灵活：可适应室内、室外、壁挂、柱上等多种安装方式。
5结论
本文主要针对我国低压配电网中不平衡负荷进行了分析和研究，研制了三相不平衡调节装置样机，并对其工作原理及控制策略进行简要说明。配网三相不平衡治理装置的应用，将大幅提高配网运行稳定性和智能化，可对国网公司提出的建设坚强智能电网的要求起到很好的支撑作用。
参考文献
[1]林海雪.电力系统的三相不平衡[M].北京:中国电力出版社,1998.
[2]吕行.低压三相不平衡调补装置的研究和设计 [D].沈阳:大连理工大学,2014.12.
[3]邹进.基于DSP的低压三相不平衡无功补偿装置的研制[D.北京:华北电力大学,2008.2.
[4]韩民晓,尹忠东,徐永海等.柔性电力技术——电力电子在电力系统中的应用[M].北京:中国水利水电出版社,2011.10.
作者简介：尹元亚（1972-），男，本科，工程师，主要从事配网管理工作。
姜鹏（1989-），男，硕士，工程师，主要研究电力电子在电力系统中的应用。
葛明明（1988-），男，本科，助理工程师，主要从事配电运行检修工作。
周 鸿（1964-），男，大专，助理工程师，主要从事配电运行检修工作。
论文作者:尹元亚,姜鹏,葛明明,周鸿
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/16
标签：不平衡论文; 装置论文; 负荷论文; 接触器论文; 晶闸管论文; 负载论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第5期论文;